WO2018078484A1 - Method for applying a layer structure by thermodiffusion to a metallic or intermetallic surface - Google Patents

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WO2018078484A1
WO2018078484A1 PCT/IB2017/056422 IB2017056422W WO2018078484A1 WO 2018078484 A1 WO2018078484 A1 WO 2018078484A1 IB 2017056422 W IB2017056422 W IB 2017056422W WO 2018078484 A1 WO2018078484 A1 WO 2018078484A1
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layer
thermal diffusion
substrate
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PCT/IB2017/056422
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Michael GOEPFARTH
Frank Schlipf
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Thermission Ag
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    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
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    • C23C10/60After-treatment

Definitions

  • the invention relates to a method for the application of a protective protective layer by a thermal diffusion process. This is used for both substrates and small parts. In the following, for the sake of simplicity, in the description for the parts treated by thermal diffusion, only substrates will be largely discussed. Wherever it is necessary for better understanding, this term is extended accordingly.
  • the underlying thermal diffusion is in principle applicable to all metallic parts, according to the proviso that a specific charge of the reactor, in which a thermal reaction takes place, is driven with associated process parameters, and that added to form a vapor phase in the reactor those elements which, in quantitative and qualitative terms, initiate the underlying thermal diffusion resp. able to implement.
  • the invention also relates in particular to the overall system for the implementation of the thermal diffusion processes and their methods, as well as the formation of the central process for the process reactor and its method.
  • the invention further relates to:
  • Thermal diffusion or “thermophoresis” refers specifically to the separation (or mass transport) of gases or liquids in a temperature gradient, the larger molecules preferably migrating to sites of lower temperature.
  • thermoelectric effects Seebeck effect
  • This kinetic interaction of particle and heat flux is a microscopic phenomenon that has not yet been clarified by science in all its aspects, which is why a theoretical exposition of this phenomenon is not given here.
  • phenomenologically these superposition phenomena in the context of linear irreversible thermodynamics are described by the occurrence of non-diagonal elements in a transport coefficient matrix.
  • the diffusion coefficient of the suspended substance thus depends, except on the giantil constant and the absolute temperature, only on the coefficient of friction of the liquid and on the size of the suspended particles.
  • Consists in a gas mixture a temperature difference, so enriches the temperature of the lighter component of the substance to the warmer, the heavier at the colder point.
  • thermo-diffusion refers to a state-of-the-art process of corrosion protection of the highest quality, in which the surface of the material is thermochemically modified, resulting in an extremely strong (atomic) bond with the support material ensures that on the one hand an excellent long-term corrosion protection arises, and on the other hand, that this results in a change in the properties of the substrate, for example, in terms of ductility, such a substrate then after Thermodiffusion, wherein the two effects here erfindungsommetiich alternatively or cumulatively reach the implementation.
  • thermal-diffusion galvanizing forms an environmentally friendly process that can be performed without chromium compounds.
  • the coating process takes place in closed chambers and runs at temperatures up to 380 ° C under a defined gas atmosphere, this temperature is not considered to be absolute.
  • metallic zinc from the vapor phase described above sublimes on the substrate and grows uniformly on the surface of the same.
  • the zinc used in "zinc thermo-diffusion" not only lays flat on the surface of the workpiece to be protected, but also penetrates open cavities, fissured surfaces and the eta gate structure in the edge zone. depending on the microstructural morphology, according to the temperature and density gradient, and thus forms a partial zinc / iron alloy.
  • a subsequent, spezieil selected for use additional coating round off the process is to be regarded as optional only in certain cases.
  • the result according to the invention is designed in such a way that a thin and very high-performance corrosion protection layer is formed from the thermodiffusion process, as a result of which further measures, such as "topcoat", are virtually non-imposed.
  • topcoat so it is known to apply a firmly adhering layer of formless fabric on workpieces. These can be individual layers as well as several cohesive layers. Such coatings can be made by chemical, mechanical, thermal, and thermomechanical processes, demonstrating that such Addition with the inventive thermal diffusion process is unable to develop any internal connection.
  • the zinc thermal diffusion method is particularly suitable for those areas that are confronted with extreme corrosion conditions, and / or the physical properties of the substrate to be selectively targeted, for example, to obtain a ductility property of the workpiece.
  • the coating is a major group of manufacturing processes according to DIN 8580 as a name for a group of different manufacturing processes in which a coating material is applied to a workpiece or on a substrate and there a fixed forms adherent layer.
  • the coating of components is preferably used in the automotive industry and wherever excellent corrosion protection is sought, at best with other functional physical and decorative properties is to be combined, and precisely against this, the thermal diffusion processes proposed here create at least one sustainable alternative technology respectively. to offer.
  • thermo-diffusion of safety-relevant components Another advantage of using the zinc thermo-diffusion of safety-relevant components is the assurance of dimensional tolerances and torques.
  • the defined tightening torques can change depending on the layer thickness.
  • the threads of these coated screws or bolts often need be reworked to ensure the required tolerances.
  • the applied protective layer is partially destroyed by the mechanical post-processing and the corrosion protection thus deteriorates sustainably.
  • the zinc-thermo-diffusion is a homogeneous and uniform layer structure and no additional layer is applied, but the corrosion protection is introduced into the edge region of the material, no mechanical post-processing is necessary and the defined dimensional tolerances and torques do not change , In addition, in contrast to other layers, there is no settling behavior, which is also of particular importance for safety-relevant components.
  • From EP 164 64 58 A1 discloses a method for the production of press-hardened components, in particular a body component, which consists of a semi-finished product of an uncured, hot-forming steel sheet, wherein the method is characterized by the following process steps: (i) from the Semifinished product is formed by a cold forming process (in particular a drawing process), a component blank; (ii) the component blank is trimmed at the edge to a boundary contour approximately corresponding to the component to be produced; (iii) the clipped component blank is heated and press cured in a heat press; (iv) wherein from the semifinished product by a cold working method (in particular, a drawing method), a component blank is formed; (v) the component blank is trimmed at the edge to a boundary contour approximately corresponding to the component to be produced; (vi) the cut component blank is heated and press-hardened in a heat-molding die; (vii) the press-hardened The component blank is then coated with a corrosion protective layer in a coating step
  • EP 164 64 58 A1 discloses a method for producing press-hardened components, in particular a body component. From a semi-finished product of an uncured, hot-forming steel sheet, the process is carried out by the following process steps: (i) from the semifinished product, a component blank is formed by a cold-forming process (in particular a drawing process); (ii) the component blank is trimmed at the edge to a boundary contour approximately corresponding to the component to be produced; (iii) the clipped component blank is heated and press cured in a heat forme; (iv) the press-hardened component blank is coated with an anticorrosion layer in a coating step using a thermal diffusion method.
  • a component blank is formed by a cold-forming process (in particular a drawing process); (ii) the component blank is trimmed at the edge to a boundary contour approximately corresponding to the component to be produced; (iii) the clipped component blank is heated and press cured in a heat forme; (iv) the press-hardened component blank is coated
  • a method for the production of press-hardened components, in particular a body component, from a semifinished product from an uncured, hot-forming steel sheet is characterized by fol lowing process steps: (i) from the with a semifinished product which has been pasted over a first layer is formed by means of a cold forming method, (in particular drawing method), a component blank; (ii) the component blank is trimmed at the edge to an approximately corresponding edge contour of the component to be produced; (iii) the clipped component blank is heated and press cured in a hot stamping process; (iv) the press-hardened component blank is coated in a coating step with a second corrosion-inhibiting layer.
  • EP 1 646 459 B2 is characterized in that a procedural ren for the production of press-hardened components, (in particular a bodywork building) is proposed, in which the following process steps are performed from a semi-finished product of uncured, hot-forming steel sheet : (i) the semifinished product precoated with a first layer is heated and press-cured in a hot-forming tool; (ii) the press-hardened component blank produced in this way is trimmed at the edge to a component corresponding to the edge contour; (iii) the press-hardened component blank is coated with a second corrosion-inhibiting layer in a coating step, wherein the second layer is applied to the press-hardened component tube by a thermal diffusion process and wherein the second layer is deposited on both the pre-coating and uncoated regions of the component blank becomes.
  • EP 2 252 719 A1 has disclosed a method for the production of zinc-coated non-ferrous metal components, in particular for the production of corrosion-protected bodies in mixed construction, which is characterized by the following process steps: (i) the coating on the non-ferrous metal components is applied by a zinc diffusion method using a Zn dust mixture at a temperature in the range of 300 ° to 600 ° C to form a zinc diffusion layer.
  • the application of this method relates to a body component, in particular for motor vehicles, in metal-hybrid or composite construction, in which at least one light metal component and a steel component are joined together, wherein the light metal component carries a zinc diffusion layer, which prevents the direct contact between light metal and steel at the joint.
  • DE 10 2006 019 567 B3 has disclosed a method for producing a molded component from a semifinished product of curable and hot-workable steel sheet, comprising the following steps: (i) heating the semifinished product to oysterization temperature and (ii) press-hardening in a cold tool , Whose deterrence at least partially a martensitic and / or bainitic Setting structure; (iii) and tempering of the formed semi-finished product at temperatures below 400 ° C to form a molded component with increased yield strength and / or elongation at break compared to the cured component, (iv) wherein for the semi-finished product a chromium-molybdenum steel of the compositions 25CrMo4, 34CrMo4, 42CrMo4 , 25CrMoS4, 34CrMoS4 or 42CrMoS4 is selected.
  • US Pat. No. 9,089,886 B2 has disclosed methods for treating a metal element for a motor vehicle, with the following process steps: (i) hardening the metal element so as to obtain a press-hardened metal element; (ii) removing scale from the press on the hardened metal element in an ultrasonic liquid and performing an ultrasonic process to obtain a scale-free metal element: (iii) wherein the aqueous solution is an organic carboxylic acid having a concentration of 0.1 to 10 vol.% is; (iv) and the ultrasound process includes ultrasonic frequencies between 18 kHz and 60 kHz; (v) and coating the metal element in a coating process with an anti-corrosion coating; (vi) wherein the ultrasonic frequency is varied / changed during coating with an anti-corrosion coating.
  • Quantitative therefore goes from DE 10 2005 002 706 B4 a method for applying a solid metallic coating on a profile component made of sheet steel, wherein the profile component misted in a treatment room with a zinc or zinc oxide-containing metal powder and the metal powder electrostatically on the Surface of the profile component is deposited over the entire surface, whereupon a heat treatment of the profile component at a temperature between 280 ° and 350 ° C over a period of 0.5 h to 4.0 h is made, in which by a diffusion process between the steel sheet and the metal powder of 5 to 40 pm thick Etsen zinc alloy layers are formed, followed by a cooling of the profile component.
  • the profile component is misted in a treatment room with a zinc or zinc oxide-containing metal powder and the metal powder electrostatically deposited on the surface of the profile component over the entire surface, followed by a heat treatment of the profile component at a temperature between 280C and 350 ° C over a period of 0.5 h 4.0 h is made in softening by a diffusion process between the steel sheet and the metal powder from 5 to 40 pm thick iron-zinc alloy layers are formed, followed by cooling of the profile component followed.
  • this heat treatment comprises a heating phase and a holding phase, and the heating phase extends over a period of 0.5 h to 2 h and the holding phase extends over a period of 0 h to 2 h.
  • the cooling phase of the profile part takes place in a period of less than or equal to 1 h.
  • DE 10 2005 054 847 B3 discloses the use of a component made of high-strength steel, which has been heat-treated at 320 to 400 degrees Celsius after thermoforming and press hardening, as a structural and / or safety component for a motor vehicle.
  • EP 2 271 784 B1 has disclosed a method for coating a surface of at least one substrate with zinc, (i) in which the at least one substrate to be coated is heat-treated together with zinc as the coating agent at a temperature between 200 ° and 500 ° C.
  • EP 2 251 450 A1 discloses a process for the production of layered, parallel to the surface arranged AI rich phases.
  • the finished coating thus has a multilayer structure.
  • the coating process and subsequent diffusion heat treatment to produce the Fe / aluminides and / or silicides must be repeated several times.
  • a multilayer coating structure with alternating sequence of at least two different layers is thus in the cited state of the art can only be achieved by repeatedly repeating the coating process.
  • the selection of the coating methods and coating materials which are suitable for applying such multilayer coating structures, as well as the possible applications of substrates coated in this way, especially at the joints, are correspondingly limited and the application of the layer structure is comparatively expensive.
  • 4 substrate (1) having a metallic surface (2) and a multi-layered layer structure (3) arranged thereon, wherein at least two different layers (4, 5) in successive sequence and parallel to the surface (2) of the substrate (1) are arranged, wherein the layer structure (3) is formed as a diffusion layer, wherein layers (4) of a first, intermetallic phase are formed as a matrix in which layers (5) of at least a second, preferably intermetallic phase are periodically formed , 4 2 substrate, wherein the layers (4) of the first intermetallic phase of an aluminum-nickel compound, in particular of Al3Ni and / or ⁇ 3 ⁇ 2, exist.
  • 4 3 substrate wherein the layers (5) from the second phase of an aluminum-tungsten or aluminum-molybdenum compound, in particular of Al4W, exist.
  • 4 4 substrate wherein the intermetallic phases of the layers (4) and / or the layers (5) of a ternary compound, in particular an Al-Ni-W compound o- the Al-Ni-Mo compound, or a quaternary compound , in particular Al-Ni-Mo-W exist.
  • 4 6 substrate said second layers (5) substantially equidistant within the matrix or formed within a phase of the matrix.
  • the matrix or the first layers (4 ', 4 ") have a hardness of about 350 to 1100 HV.
  • 4 8 substrate wherein the layers (4 ', 4 ") from the first phase has a thickness of between 0.05 pm and 3 pm, preferably between 0, 1 pm and 0.8 pm have.
  • 4 9 substrate wherein the layers (5) from the second phase has a hardness of about 800 HV and a thickness between 0.05 pm and 3 pm, preferably between 0, 1 ⁇ and 0.8 ⁇ have.
  • 4 '"substrate wherein the surface (2) of the substrate (1) and / or the substrate (1) made of an aluminum alloy or aluminum.
  • DE10 2010 021 691 A1 relates to a layer composite of two substrates, which are connected to an adhesion-promoting layer, wherein this adhesion-promoting layer receives a one-dimensional composite structure. This allows for a purely inorganic compound of different materials, as well as a greatly improved compound when using adhesives.
  • EP 1 595 001 B1 discloses a method of coating a surface with a first material and a second material comprising methods the following steps: (i) placing the first material on the surface; (ii) introducing a precursor for the second material into the interior of the first material simultaneously with or after the step consisting of placing the first material on said surface; (iii) transforming the precursor for the second material introduced into the interior of the first material, introducing the second material such that this second material is formed on the first material to be coated and inside the surface disposed on the surface becomes.
  • EP 0 787 223 A1 discloses a process for chemical vapor deposition. It is a matter of realizing that preferred tin compounds include branched-chain tetraacyloxytin compounds, e.g. Branched-chain tetraacyloxytin compounds, e.g. Tetra-tert-butoxy tin and tetra-isopropoxy tin can be used.
  • preferred tin compounds include branched-chain tetraacyloxytin compounds, e.g. Branched-chain tetraacyloxytin compounds, e.g. Tetra-tert-butoxy tin and tetra-isopropoxy tin can be used.
  • DE 10 080 457 T5 comprises a process for preparing tungsten nitride, which comprises reacting a tungsten-carbonyl compound with ammonia at a temperature below about 800 ° C.
  • the invention as characterized in the claims, the object of at least one method, Mittein for operating the process, products thereof, applications of the method or uses of the products of the aforementioned types, by thermal diffusion processes formed corrosion-protective structures on substrates or other parts, soft structures consist of single or multi-layer deposition of metallic and / or intermetallic elements of a vapor phase, in a closed container, also called reactor to perform.
  • intermetallic compound (more precisely intermetallic phase) is a homogeneous chemical compound which is formed from two or more metals.
  • such compounds In contrast to alloys, such compounds have lattice structures which differ from those of the constituent metals. In their lattice, there is a mixed bond of a metallic bond fraction and lower atomic bonding or ion-binding components, which results in superstructures.
  • the thermal diffusion according to the invention a) With the highest inorganic corrosion protection, the corrosion protection strength lasts at least twice longer than is the case, for example, with hot-dip galvanizing or similar methods; b) A strong adhesion bond of the applied layers is ensured, without cracking, delamination (delamination) and fractures, and this over the entire range of the possible layer thicknesses of 1 to 120 ⁇ ; c) If in this description, for practical reasons, a slender diction is referred to as a layer thickness, then never the It is the opinion that other coatings could be understood as well, because the very essence of the thermal diffusion pursued here is that the zinc used, not only affects the surface to be protected, but also this element in the metal structure penetrates the substrate, which then a zinc / iron alloy is formed.
  • thermodiffusion-related metail Korean, Inc.
  • connection no cracking and / or detachment (exfoliation) of this layer take place even under bending, tensile, compressive or shearing stresses of the part, also because a maximized adhesion of the diffused elements has taken place
  • the thermal diffusion according to the invention When using the thermal diffusion according to the invention, it can further be achieved that the parts treated therewith experience an increase in their dukility, which the Makes parts "elastic", without significantly adversely affecting the original strength values of these parts for their further use g) Basically, the two results mentioned from the thermal diffusion according to the invention, namely corrosion protection and dukfilicity, are alternative or cumulative within one large layer bandwidth can be achieved alternatively or cumulatively.
  • thermal diffusion according to the invention is free of heavy metals or other toxic substances; only environmentally friendly processes are used; there are no sewage or exhaust air problems; no organic solvents are used; the processes are hydrogen-free.
  • the inventive thermal diffusion over the conventional coating method for the purpose of corrosion protection for example by hot-dip galvanizing, the advantage that a much better wear and corrosion resistance can be offered, because, among other things, worked with a relatively low process temperature which makes it possible to treat special parts such as springs etc. without losing their mechanical and physical properties and strengths.
  • a method for applying a layer structure by thermal diffusion onto a metallic surface of a substrate is disclosed.
  • Strat in a controlled and / or regulated (“open-loop control processes” / "closed-loop control processes") described reactor wherein the applied layer structure on the metallic surface of the substrate of at least one layer or at least two identical or The layers are parallel to one another or quasi-parallel to the original surface of the substrate
  • the surface of the substrate directly exposed to the thermal diffusion in turn comprises at least one metallic layer, whereby at least this layer in the reactor is supplied with a heat supply Heat input in the reactor beyond a metallic and / or intermetallic vapor phase injected, via which by thermal diffusion, the generation of the
  • the materials used which on the one hand form the immediately exposed metallic surface of the substrate and on the other hand the metallic and / or intermetallic layers of the diffused layer structure, are matched to each other, wherein the individual layers by a temporally controlled and / or controlled heat supply process continuous or quasi-continuously formed, and wherein these layers of the same or different metallic and / or intermetallic materials or alloys and have the same or different layer thicknesses.
  • At least the last applied layer has physical and / or chemical properties which provide maximized corrosion protection. At least the last-applied layer then has a tenacity against bending-induced cracking or delamination, this tenacity being at least equal to or greater than the ductility increase of the parts resulting from the thermal treatment of the substrate.
  • tenacity is understood to mean only the adhesiveness of the applied layer structure, resp. its tenacity against a qualitative Losses with respect to the applied layer (s) in the course of their mechanical and / or chemical stress.
  • the ductility is defined as the total plastic deformation, between RP 0.2 and the elongation at break.
  • This is not further limiting than the strengths of the underlying material of the substrate, preferably a thermoformed cured structural or safety component, remains high;
  • structural and safety components are then available, which maximize drape, which is crucial in many applications.
  • a high strength steel whose composition has the following weight percents: carbon (C) 0.18% to 0.3%; Silicon (Si) 0.1% to 0.7%; Manganese (Mn) 1, 0% to 2.5%; Phosphorus (P) maximum 0.025%; Chromium (Cr) to 0.8%; Molybdenum (Mo) to 0.5%; Sulfur (S) maximum 0.01%; Titanium (Ti) 0.02% to 0.05%; Boron (B) 0.002% to 0.005%; Aluminum (AI) 0.01% to 0.06%; Remainder of iron, including impurities caused by stripping, wherein after the heat treatment at 320 ° to 400 ° C a tensile strength Rm of 1200 to 1400 N / mm 2 , a yield strength Rpo.a of 950 to 1250 N / mm 2 and an elongation As of 6-12 % having,
  • the operating temperature for the heat treatment of the substrate in the reactor and for carrying out the thermal diffusion takes place between 200 ° and 500 ° C, preferably between 280 ° -380 ° C.
  • thermal operation using the latter range gives the best results in terms of maximizing ductility in substrates for use as structural and safety components and in achieving adhesion-secure tenacity conformal application of the layer structure Has.
  • the metallic composition of the first layer applied directly to the metallic surface of the substrate is characterized by a maximized metallic adhesion, and that this metallic composition is also adhesive then optimally relative to the subsequent layer, the latter having to provide the best condition for the outer protective layer of the substrate. If these two-sided liability expectations (lower layer compared to upper layer) can not be optimally fulfilled, it is possible to work with intermediate layers, which in turn can be applied in continuous operation within the reactor.
  • At least one layer of the layer structure should consist of a three-phase metal system, namely Al / Zn / Mg, where Zn as the main reaction partner has a content of 60%, Al 1-39% and Mg Restanz to nearly 100% or even 100%, wherein at least one layer of the layer structure composed of an individual or additional metallic phase system consisting of Ti and / or Sn or at least one layer of the layer structure of an individual or additional metallic phase system of AI3N 12 or A. Ni can be added.
  • the coating on non-ferrous building blocks is also suitable for a zinc diffusion method using a Zn dust mixture at a temperature in the range from 300 ° to 600 ° C., preferably from 280 ° -380 ° C. is applied to form a zinc diffusion layer.
  • a non-ferrous metal for example, but not exclusively, a light metal alloy based on an Al, Ti, or ivlg alloys is used. Thechtmetallieg réelle has an Ai Gehait above 55 wt .-%.
  • Non-ferrous metal parts can also be copper or copper alloys, as well as Al, Ti, Mg alloys.
  • the bow-shaped non-ferrous metal parts can be further formed after the coating by deep drawing or finished. Hot forming of these non-metallic components is also possible, both before and after the coating, wherein this shaping can be carried out in air or under a protective gas atmosphere,
  • the light metal component itself carries a zinc diffusion layer
  • the direct contact between light metal and StahlbauteiSe is prevented at the joints.
  • Hesse can remedy this, for example, by additionally lacquer coating the joints.
  • the light metal and steel components can be joined together by a welding process.
  • the operating temperature in the reactor for the heat treatment of the substrate and for carrying out the thermal diffusion is, as already stated above, between 200 ° and 500 ° C, preferably between 280 ° and 380 ° C. These operations are over a period of time session of ⁇ 0.5 h up to 4.0 h.
  • This time- Room session includes a heating phase and a holding phase, wherein the heating phase over a period of 0.5 h to 2 h, and the holding phase over a period of 0 h to 2 h extend.
  • the two phases can also be operated intertemporarily in a sequential manner, so that a strict two-phase sequence is then no longer in the foreground.
  • the main advantage of such a procedure is that the thermal effect can be more targeted to the substrates as needed.
  • the subsequent cooling phase of the substrate then takes place in an individually defined period of time, which may be less than or equal to 1 h in one case and greater than 5 h in another case.
  • the interior of the reactor in which the substrate or substrates are subjected to a heat treatment, and these substrates are supplemented by thermal diffusion with a layer structure, is at an operating temperature between 280 ° and 380 ° C with an initial oxygen content of> 1 vol. % driven, wherein the reactor is operated with an overpressure or with a negative pressure, ie continuously with a slight overpressure, well below 1 .5 bar, preferably between 1, 01 and 1 .5 bar, or continuously with a negative pressure between 1 and 20 mbar.
  • At least one layer has a layer thickness of 1 to 120 ⁇ m, preferably 1 to 20 ⁇ m. In the case of several layers, these run regularly with respect to one another, quasi-regular or irregular in the X / Y / Z direction of the substrate. Assuming a vertical section through the surface of the substrates, it can be seen that the layers are flat, jagged or undulating to each other and / or the layers can run over each other, discretely wavy or out of phase with each other. The measurement is made by X-Ray or magnetic (Permascope). The thermal diffusion process within the reactor takes place within a preferably fixed temperature range of 280 ° C to 380 ° C (see above), and this for a period of ⁇ 30 to 240 min. A typical total cycle time is up to 120 minutes.
  • the temperature tolerance to be considered during the process which is at a predetermined holding temperature ⁇ 5 ° to ⁇ 20 ° C.
  • the effective heating zone must preferably be concentrated on the lower half of the tubular reactor where the substrates and the iron and / or non-ferrous metal powders and granules introduced for the thermal diffusion are concentrated. Therefore, heating elements in the upper part of the reactor should be arranged with care. The heating elements and the insulation should be designed maintenance-optimal, with a simple interchangeability is desirable.
  • An equalization of the temperature prevailing in the reactor is achieved in that the tubular slid reactor rotates during the heating phase according to certain criteria. The direction of rotation and the number of revolutions per unit of time can be programmed according to the reactor parameters. Speeds of 1 - 15 rpm are in normal conditions !! intended.
  • thermo treatment of the reactor is equipped with various temperature sensors, which are arranged both on the outer wall and in the interior of the reactor. These sensors monitor the temperature and transmit the measured values to a central control unit, which controls and controls the overall operation of the reactor and thus the entire system.
  • the heating of the reactor is divided into three phases (Heizzykien):
  • At step 1 is a fast heating at maximum power after a calculated heating ramp to target temperature within a calculated time
  • step 2 a heating is provided at a reduced power of the predicted heat retention temperature (within the heat retention temperature tolerance) with the aim of approaching the calculated time as much as possible.
  • Step 3 is to ensure maintenance of the predefined temperature throughout the operation.
  • the reactor can be operated on the basis of firing profiles, according to the following criteria:
  • the controller operates with stored control profiles which can be retrieved upon entering the operation of the reactor to be carried out in operative connection with the operation of the furnace;
  • the controller operates with free-acting control profiles which continuously or adaptively adapt to the operation of the reactor in operative connection with the furnace based on sensor-acquired information;
  • the controller has control profiles which are coupled with predetermined control functions
  • the control has a control profile that intervenes predictively.
  • the controller for the operation of the reactor simultaneously intervenes on the operation of the furnace, wherein the two units are in close thermal operative connection to each other.
  • the main control of the reactor resp. interdependent with the whole system of the system is programmed to at least the following inputs and outputs, which are in operative connection with the control professionals and regulated:
  • control of the reactor must be programmable so that all necessary process data and processes are stored as control profiles for the various reactor processes and for the interdependent aggregates of the system, in particular the furnace, or can be detected continuously. These control profiles are identified and can be retrieved in a targeted manner, whereby the software is designed so that already when entering the various parameters continuously applicable, possible, probable, predictive control profiles are shown resp. can be offered.
  • the display of the temperature curve must be electronically recorded and charted during the entire heating process. Preferably, this visibility is designed so that all measurement zones are displayed at the same time.
  • the curve data is continuously saved in Microsoft Excel compatible format.
  • the reactor must be configured so that the process parameters can be saved for quality assurance.
  • All zones within the container should have a target holding temperature of preferably 280 ° to 380 ° C. with a temperature tolerance of ⁇ 5 ° to ⁇ 20 ° C. sen. Therefore, according to the current state of knowledge, it is readily responsible to limit the heating elements to a maximum temperature of 650 ° C.
  • the heating elements are preferably divided into 3 zones: a first zone 1 extends approximately to a first third of the tubular reactor; a second zone 2 covers the central portion of the tubular reactor; in turn, a third zone 3 covers approximately the last third of the tubular reactor.
  • this breakdown and the routes outlined here are to be understood as qualitative data only.
  • the product-related temperatures over all three zones are kept within a tolerance of at least ⁇ 20 degrees; Preferably, this temperature tolerance should be maintained over all zones during the heating phase. This procedure ensures a uniform temperature even in those cases where uneven product-related loading of the zones is present, i. if some zones have more mass or parts of different thicknesses are present within the zones.
  • the tubular reactor is placed during the heating and cooling phases in a support car that is designed so that the reactor can freely rotate freely therein. This rotation is maintained as needed during loading and unloading.
  • This support car with the aktor is designed in such a way that insertion into a subsequent process unit can easily take place, with heating and / or subsequent cooling taking place under process-optimized processes in this process unit.
  • the structure of this process unit (heating / cooling) must be designed and have an infrastructure that can be removed from the operation in the process unit, the heated air from the heating of the reactor air;
  • the processing unit has an infrastructure, which ensures that after completion of the thermal diffusion method, a first cooling of the reactor can use according to predetermined parameters, before the reactor is then transferred to the cooling device provided for this purpose.
  • Both the removal of the heated air and the supply of the air flow required for cooling should preferably take place over a plurality of locally arranged inlets / outlets around the reactor.
  • a corresponding air blower output In order to reduce the cooling of the reactor from a process temperature of 380 ° C to at least 50 ° C for a certain period of time (see above), a corresponding air blower output must be provided. Ambient air can normally be used for this purpose. Otherwise, the introduction of cooled air should be provided.
  • the substrate Before being heat-treated in the reactor, the substrate generally, but not necessarily, passes through the following process steps:
  • the press-hardened starting blank is cut to the final edge contour of the substrate.
  • the substrate is then cooled in the reactor after its heat treatment and coating, cleaned, and annealed at 150 ° -250 ° C for 0.5-2 h.
  • the main stations of the plant which define the process processes can be summarized as follows; a) Optional: Station for cleaning the surface of the substrates resp. Products (the actual thermal diffusion process begins with b) b) Station for loading the substrates resp. Products in a preferably tubular reactor. c) station (furnace) for performing the thermal diffusion, with the addition of a thermal energy acting on the reactor,
  • the invention further relates to an application of the method, which is directed to the production of components, in particular structure and safety components, whose use requires a high corrosion protection capability and a high Dukfiitician.
  • components are made of hot or kaitumform ble blanks, and are preferably intended for means of transport to the road, to train, to air, to water.
  • Road transport means are preferably motor vehicles in which such structural and safety components are advantageously incorporated, and it is only to meet the strict crash standards.
  • These products are preferably high-strength steel (iron metal) or aluminum (non-metal) components which, as stated above, are used in particular in motor vehicles.
  • Figure 1 is an integral overall view of a plant
  • Figure 2 is a plan view of the system of Figure 1;
  • Figure 3 shows the structure of a processing unit in the removal of heat from the. Reactor
  • FIG. 4 shows the construction of the heating elements for the provision of the thermal potential, ie the thermal treatment, for the reactor, wherein these heating elements 150 are designed as heating coils;
  • Figure 5 is a typical zoning within the tubular reactor
  • Figure 6 is a three-dimensional view of a typical tubular container operated as a reactor.
  • Figure 7 is a graph of stress / strain of a thermo-diffusion treated part
  • FIG. 8 shows a reactor station before it is loaded
  • FIG. 9 shows an operation during loading of the reactor
  • Figure 10 shows another operation in loading the reactor
  • FIG. 11 shows the Verschiiessoperation a reactor
  • FIG. 12 shows an oven in use
  • FIG. 13 shows a menu via the retrievable processes;
  • FIG. 15 shows a control display for monitoring the processes
  • FIG. 16 shows a cooling state for the reactors after the thermal diffusion process
  • FIG. 17 A first stage for discharging the reactor;
  • Figure 18 Another stage for unloading the reactor;
  • FIG. 19 shows a further insertion of the reactor.
  • FIG. 1 shows an integral view of a plant 100 which, by definition, forms the prerequisite for carrying out a process for producing a layer structure on a metallic or intermetallic surface of at least one mechanically bonded part in a controlled and / or controlled reactor.
  • the plant 100 is composed of the following main stations; ⁇ . Station for cleaning the surface of the parts to be treated,
  • the main thermal component of this plant is represented by a heating / cooling unit 1 1 0 (see above C / D), which is shown in heating or preheating operation.
  • the thermal diffusion process takes place in a reactor 120.
  • This reactor is in the form of a tubular barrel which fits into a heatable support car 130.
  • the support car is designed so that the tubular reactor can freely rotate freely therein. This rotation is advantageously maintained during loading and unloading.
  • This support cart with the inserted reactor has means which initially divide the heating of the tubular reactor, the support cart 130 being designed to that it by inserting into a subsequent process unit 140, in which the effective heating takes place.
  • At least one preliminary cooling of the tubular reactor may take place in this unit before it is transported further to the cooling apparatus.
  • those process-oriented thermally conducted processes take place in the tubular reactor, in which the treated parts are provided with a protective layer according to the regulations.
  • the heating elements 150 in the support carriage 130 for the supply of heat are located opposite the reactor, preferably at the lower half (see Figure 4), where on the one hand the substrates or other parts due to the rotation of the reactor lower, unless the reactor is so full that at least the substrates behave immovably within the reactor, which is why in terms of heat only on the introduced elements for the thermal diffusion (iron and / or non-ferrous metal powder, granules, etc.). ) Must be considered.
  • heating elements in the upper portion of the reactor are to be arranged only with care. As explained above, such heating elements may at most be arranged integrally around the reactor if uniform heating of all substrates within the reactor can not take place due to the mere heating on the underside.
  • the heating elements and the insulation must also be designed for optimum maintenance, and it is desirable to have a simple interchangeability.
  • An equalization of the temperature prevailing in the reactor can be achieved by rotating the reactor according to certain criteria during the heating process.
  • the direction of rotation and the number of revolutions per unit of time can be programmed accordingly.
  • Experiments have shown good results when operated at a mean filling of the reactor at a speed of 1 -1 5 U / min.
  • non-uniform resp. Provide non-uniform rotations of the reactor.
  • For the monitoring of the thermal treatment within the reactor this is equipped with various temperature sensors, which are arranged both on the outer wall and in the interior of the reactor. These sensors monitor the temperature profiles and transmit the measured values to a central control unit, which takes over the control and regulation of the overall operation of the system, and thus also the heat supply for the heating of the reactor.
  • the furnace is operated on the basis of control profiles which operate according to the following criteria: a) the control operates with stored control profiles, which are called up upon input of the operation of the furnace to be carried out; b) The controller has a control profile which is coupled to predetermined control functions; c) The controller has control profiles which intervene predictively; d) The controller operates with free-acting control profile, which adapt continuously or adaptively based on the information collected by sensors for the operation of the furnace;
  • the control for the operation of the furnace simultaneously detects the operation of the reactor, wherein both units are in close thermal operative connection to each other.
  • the reactor heating cycle in particular with a defined thermal diffusion, is divided into three phases: •
  • step 1 a fast heat-up at maximum power to a calculated ramp to target temperature for a calculated time is provided.
  • step 2 heating is provided at a reduced power of the predefined holding temperature (within the holding temperature tolerance), with the aim of approaching the calculated time.
  • Step 3 is to ensure the maintenance of the predefined temperature throughout the operation.
  • the thermal diffusion process inside the reactor takes place within a preferably fixed temperature range of 280 ° to 380 ° C, and this for a period of ⁇ 30 to at least 240 min.
  • a typical total cycle time is at least or less than 90 minutes.
  • the temperature tolerance to be considered during the process which must have a tolerance range of at least ⁇ 5 ° to ⁇ 20 ° C at a predetermined holding temperature.
  • the layer structure to be achieved on the surface of the parts by thermal diffusion is formed from at least one layer or from at least two identical or different layers.
  • the layers follow one another and they run parallel or quasi-parallel to the surface of the part or to a preceding layer.
  • At least the surfaces of the parts placed in the reactor have to be supplied with a heat supply, wherein this heat supply is not only introduced from the outside, but also inside the reactor, ie directly, can be provided.
  • This heat supply also acts on the metallic and / or intermetallic materials and / or alloys, which form a vapor phase within the reactor, which then by thermodiffusion the generation of the
  • Layer structure initiates or accomplished at the part to be treated.
  • the layer structure is characterized by several layers, at least two of the successive layers are formed by a controlled and / or regulated heat supply in continuous or quasi-continuous mode, these layers being made of identical or different metallic and / or intermetallic materials and / or alloys and have the same or different layer thicknesses.
  • At least the last-applied layer has physical and / or chemical properties which maximize corrosion protection on the treated part, and wherein at least the last-applied layer structure has physical values against bending cracking or exfoliation, which values are at least equal to or greater than the resulting ductility increase the thermal treatment of the parts are.
  • the system according to FIG. 1 also has the following complementary aggregates:
  • a carousel 160 supplemented with devices can be seen, which functions as a charging station and at the same time also serves as a loading station.
  • the filling and emptying of the tubular container, ie the reactor 120 with parts instead, which is then brought into position, said container having those infrastructure to later fulfill the function of a reactor can.
  • the carousel forms the basis for receiving the support carriage 130 with the tubular reactor 120 placed therein.
  • Other trailer layouts not shown in detail, for example cranes or robots, can be provided as complementary aids.
  • a complementary assembly 180 is present, which consists of the following subaggregates:
  • a vibration device 181 and a separator 182 which make the separation of granules and powder, for example, from AL granules, fillers and powder residues.
  • These subaggregates 181/182 ensure that the separation of the "spent" AL granules, fillers and powder remnants takes place efficiently, but it is advantageous to provide and, if necessary, to provide for at least one further separation operation of the above-mentioned elements Separation these now "spent" elements are transferred to separate containers. However, recycling is possible.
  • a vacuum extractor 183 which performs the industrial dedusting of dust and smoke from the operational units.
  • hoods or caps 184, 185 are used, which on the one hand are self-supporting and are movable by hand for correct positioning.
  • the extractor must be designed for efficient dust extraction of used zinc dust or other thermodiffusion elements used. As a guideline for proper dust extraction, the amount of 10 kg of dust per container applies.
  • FIG. 1 shows the flow-carrying lines, namely: a) position 101 as a connecting line between the vibration device 181 and the vacuum suction device 183; b) position 102 as a connecting line between the separator 182 and the vacuum aspirator 183; c) position 103 is a first conduit associated with a first cap 184 connected to the vacuum aspirator 183; d) position 104 a second to a second cap 85 belonging line, white ⁇ che is connected to the vacuum suction 183.
  • FIG. 2 shows a top view of the system 100 according to FIG. 1.
  • the heating elements 150 are particularly clearly visible. Another physical view of these heating elements is shown in FIG.
  • the positions attached here are in concordance with Figure 1 and have the final purpose to bring the individual aggregates holistically closer.
  • this processing unit 140 must be designed and have an infrastructure such that the air heated from the heating of the reactor can be removed in the named process unit.
  • the processing unit 140 has an infrastructure which ensures that, after the end of the thermal diffusion process, targeted cooling of the reactor can be used according to predetermined parameters before the reactor is transported to a cooling device (see FIG. 16). Both the removal of the heated air and the supply of the air flow required for cooling should preferably take place via a plurality of inlets / outlets around the reactor.
  • a corresponding air blower power must be provided to reduce the cooling of the reactor from a process temperature of, for example, 350 ° C to 50 ° C for a certain period of time (see above). Ambient air can normally be used for this purpose. Otherwise, the introduction of a cooled air should be provided.
  • Figure 3 is thus shown as a side view of the system 100 of Figure 1, and it shows in the foreground the processing unit 140 during the cooling of the tubular container, ie the reactor 120.
  • the process unit 140 is extended by a cover 141, which ensures that the provided cooling, the reactor 120 as possible integrally detect.
  • the material is then emptied.
  • Figure 4 shows the heating elements 150 for providing the thermal potential for the reactor 120, said heating elements 150 are formed as heating coils, which are an integral part of the support carriage 130. Further, here is one of a plurality of wheels 131, the soft ensure operational rotation of the reactor 120 during heat transfer.
  • the rotational movements can be provided intermittently or direction-changing, so that these small parts can be treated thermally gieichrasissig.
  • FIG. 5 shows how a typical zone partition is formed within the tubular reactor 120 shown as a sectional view.
  • the aim is to achieve a target holding temperature of preferably 280 ° to 350 ° C with a temperature tolerance of at least ⁇ 5 ° to ⁇ 20 ° C.
  • the heating elements (see Figure 2, Item 1 50 or Figure 4) must be designed for temperatures up to 850 ° C or above.
  • heating elements are preferably divided into 3 zones: a first zone 1 extends approximately to a first third of the tubular reactor; a second zone 2 covers the central section of the reactor; in turn, a third zone 3 covers approximately the last third of the reactor.
  • a first zone 1 extends approximately to a first third of the tubular reactor; a second zone 2 covers the central section of the reactor; in turn, a third zone 3 covers approximately the last third of the reactor.
  • Element 128 is a thermocouple; the element 129 is a handle which controls the transport and positioning of the reactor 120.
  • FIG. 6 shows, in a three-dimensional view, a typical tubular container 120 which can be operated as a reactor. Essentially, the structure of such a reactor consists of the following complementary elements:
  • the connection pipe 125 is provided with a thermal insulation not shown in detail.
  • a typical length of the tubular container is about 2 m. Other sizing is also possible and preferable on a case-by-case basis.
  • FIG. 7 shows a graph of stress / strain of a thermally treated part. It contains 3 states:
  • Pos. 2 At 310 ° C;
  • Pos. 3 At 320 ° C.
  • the critical stress intensity factor Ki c is referred to a mathematical calculation.
  • the fracture toughness of the claimed layer structure assumes the following values at room temperature:
  • thermodiffusion process is described in the following description of the figures below, namely, from the loading of the reactor, over its heat treatment, to the discharge / reload of the reactor:
  • the loading station of the reactor is operated as follows:
  • the loading is carried out as follows:
  • thermodiffusion process for example: 250 kg aluminum granules, 7 kg zinc powder mixture and 4 components
  • a suitable reactor from the "reactor stand list” is selected, based on: a) material of the parts to be treated (metals or light metals); b) Purified and dried amount of aluminum granules
  • the reactor 120 is placed on the horizontally oriented loading station 201 and subsequently tilted 202 downwards in rotation mode 202 so that the granules can slide backwards in order to simplify the filling process.
  • the reactor 120 is opened, as shown in FIG.
  • the lid 122 fastened with screws see FIG. 11 when closing
  • a striking screwdriver see FIG. 11
  • the parts to be processed are loaded into the reactor, either as bulk material or with a rack. If a rack is provided, the parts must be evenly secured in it. The distance between the attached parts should not be less than 3 cm. In the example project, the 4 fingers are loosely placed in series on the granulate bed. Each batch can be added to a standard reference part, which then the process over layer thickness and hardness value can be checked and used as a reference part. Finally, the predetermined amount of zinc mixture is added. As is apparent from Figure 1 1, the end face of lid 122 and reactor 121 is first cleaned with a brush for air and dust-tight Verschiiessen the reactor 120 and the seal checked for damage.
  • the reactor 120 After completion of the closure of the reactor 120, it is moved to the horizontal position and allowed to rotate for 3 to 5 minutes so that the charge can be evenly distributed within the reactor.
  • the reactor 20 is transported by crane for thermal treatment 50/30 and positioned in the carriage 130.
  • the oven is operated as follows;
  • FIG. 12 shows an overall view of the operating furnace 110 in which the support carriage / carriage 130 including the reactor 120 (see FIG. 3) has retracted.
  • the furnace control must be assigned a recipe (process parameter) depending on the loading state of the reactor (weight, surface, material).
  • recipe process parameter
  • weight, surface, material weight, surface, material
  • the recipe can be composed of up to six segments (steps) with six parameters each, and can be supplemented with an additional four setting options.
  • a ramp function is a function of the temperature reached at a certain time, and it automatically controls the heating power of the stove until it reaches the set temperature.
  • the control is basically controlled in comparison with the temperature and the time.
  • the high protection [guard high] and guard low [guard low] indications in FIG. 14 serve to continuously check whether the desired temperature is within the required bandwidth.
  • the rotation of the reactor itself can be set arbitrarily, the usual revolution is between 1 and 15 U / min. However, higher or lower values can be set at any time as required.
  • the oven is started via the control unit.
  • Carriage with reactor is automatically moved into the oven, furnace roof! lowers, heating process and Reaktorroiation are started.
  • a temperature control element is automatically introduced into the reactor as soon as the lid of the oven (see Figure 12) is closed.
  • the number of the formulation, the temperatures TC1 -TC3 (heating power), the formulation time and the temperature of the temperature control thermocouple are displayed in the reactor 120 during the process.
  • the actual radiator system see FIG. 18, has a capacity for five or more reactors, of which two are in the waiting position and the remaining in the cooling zone. Such a radiator system is operated and driven in automatic mode.
  • the first position is formed by the charging station 301 on the outside.
  • third and fourth positions are located in the interior 302 of the radiator 300.
  • the fifth position is the unspecified discharge station outside
  • the reactor is automatically moved from one position to the next free one.
  • the Abkühivorgang takes at a 90 minute cycle therefore a maximum of 380 million in total.
  • the minute cycle can be changed in the cooler display as needed.
  • the reactor temperature is measured in the fourth position (last position before the container is removed from the cooler). Meanwhile, an integral temperature measurement over all positions can be provided. Once the container has cooled to 50 ° C, the cooling process can also be interrupted manually.
  • FIG. 17 shows, among other things, the hoods or caps 184, 185, the latter being only partially apparent.
  • the reactor is placed by crane on the horizontally oriented unloading station and then tilted down during rotation, so that the granules can slide backwards. After that, all screws are loosened with the aid of the impact wrench and placed in the container provided for this purpose.
  • the reactor is emptied above the sorting plant. From time to time, the reactor is repeatedly raised slightly during the rotation until it is completely emptied. The machined parts, the granules and the remaining zinc powder are automatically separated.
  • the rotational speed of the reactor and the vibration intensity of the sorting system must be adjusted.
  • the regular on the side of the sorting system should Before unloading the entire reactor, a workpiece is removed in advance, cleaned and controlled with the mobile Permascope the resulting from the thermal diffusion process Zn layer thickness.
  • the reactor is filled again with the collected granules after it has been emptied.
  • the granule funnel 303 is lifted by means of a stacker and positioned at the insertion so that the reactor is still free to rotate.
  • the reactor is allowed to rotate at the highest level and the locking mechanism of the funnel is released. With a plastic hammer, it is easy to knock on the underside of the funnel so that all the granules can flow out into the reactor.
  • the reactor 120 is closed again according to proven manner.
  • the lid is then properly screwed again.
  • the contents are distributed by rotation within the reactor gieichmässig, whereupon the reactor is ready in the waiting room for the next process run.

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Abstract

The invention relates to a method for producing a layer structure on a metallic surface of a substrate in an open-loop and/or closed-loop controlled reactor, wherein the layer structure is formed on the metallic surface of the substrate by at least one ply or by at least two identical or different plies, wherein the plies follow one another in a periodically recurring sequence and extend parallel or quasi-parallel to the surface of the substrate, wherein the surface of the substrate has at least one metallic layer.

Description

Verfahren für die Aufbringung einer Schichtstruktur durch Thermodiffusion auf eine metallische oder intermetallische Oberfläche  Method for applying a layer structure by thermal diffusion onto a metallic or intermetallic surface
Technisches Gebiet Technical area
[0001 ] Die Erfindung betrifft ein Verfahren für die Aufbringung einer schützenden Schutzschicht durch einen Thermodiffusionsprozess. Dieser kommt sowohl bei Substraten als auch Kleinteilen zur Anwendung. Im Folgenden wird, der Einfachheit halber, in der Beschreibung für die durch Thermodiffusion behandelten Teile weitgehend nur noch von Substraten die Rede sein. Dort wo es sich aber zum besseren Verständnis aufdrängt, wird diese Bezeichnung entsprechend erweitert. The invention relates to a method for the application of a protective protective layer by a thermal diffusion process. This is used for both substrates and small parts. In the following, for the sake of simplicity, in the description for the parts treated by thermal diffusion, only substrates will be largely discussed. Wherever it is necessary for better understanding, this term is extended accordingly.
[0002] Die hier zugrundeliegende Thermodiffusion ist indessen grundsätzlich für alle metallischen Teile anwendbar, nach Massgabe, dass eine spezifische Ladung des Reaktors, in welchem eine thermische Reaktion stattfindet, mit zugeordneten Verfahrensparametern gefahren wird, und dass zur Bildung einer Dampfphase im Reaktor jene Elemente zugegeben werden , welche in quantitativer und qualitativer Hinsicht die zugrundegelegte Thermodiffusion einzuleiten resp. umzusetzen vermögen. However, the underlying thermal diffusion is in principle applicable to all metallic parts, according to the proviso that a specific charge of the reactor, in which a thermal reaction takes place, is driven with associated process parameters, and that added to form a vapor phase in the reactor those elements which, in quantitative and qualitative terms, initiate the underlying thermal diffusion resp. able to implement.
[0003] Insbesondere geht es hier um die Aufbringung von definierten metallischen Oberflächenschutzschichten auf Substrate, welche Aufbringung resp. Implementierung durch eine Dampfphasenabscheidung (Sublimation) mit anschliessender Thermodiffusion und Konditionierung erfolgt, gemäss einem oder mehreren der Ansprüche 1 ff. In particular, it is about the application of defined metallic surface protective layers on substrates, which application resp. Implementation by vapor deposition (sublimation) followed by thermal diffusion and conditioning, according to one or more of claims 1 et seq.
[0004] Die Erfindung betrifft insbesondere auch die Gesamtanlage für die Umsetzung der Thermodiffusionsprozesse und deren Verfahren sowie die Ausbildung des für den Prozess zentral wirkenden Reaktors und dessen Verfahren. [0005] Die Erfindung betrifft des Weiteren: The invention also relates in particular to the overall system for the implementation of the thermal diffusion processes and their methods, as well as the formation of the central process for the process reactor and its method. The invention further relates to:
- Anwendungen der verschieden geschützten Verfahren; - applications of different protected methods;
- Erzeugnisse aus diesen Verfahren; - products from these processes;
- Verwendung der Erzeugnisse, welche durch die Thermodiffusionsprozesse bereit- gesielft werden können. Use of the products which can be supplied by the thermal diffusion processes.
Technische Aspekte der Erfindung Technical aspects of the invention
[0006] Unter„Thermodiffusion" oder„Thermophorese" wird speziell die Entmischung (oder auch der Stofftransport) von Gasen oder Flüssigkeiten in einem Temperaturge- fälle bezeichnet, wobei die grösseren Moleküle bevorzugt nach Steilen tieferer Temperatur wandern. [0006] "Thermal diffusion" or "thermophoresis" refers specifically to the separation (or mass transport) of gases or liquids in a temperature gradient, the larger molecules preferably migrating to sites of lower temperature.
[0007] Im Falle geladener Teilchen treten neben der eigentlichen Entmischung zusätzliche thermoelektrische Effekte (Seebeck-Effekt) auf. Diese kinetische Wechselwirkung von Teilchen- und Wärmefluss ist ein mikroskopisches Phänomen, das von der Wissenschaft noch nicht abschliessend in allen Belangen geklärt werden konnte, weshalb hier auf eine theoretische Darlegung dieses Phänomens verzichtet wird . Indessen, phänomenologisch Sassen sich diese Überiagerungserscheinungen im Rahmen der linearen irreversiblen Thermodynamik durch das Auftreten von Nichtdiago- nalelementen in einer Transport-Koeffizienten-Matrix beschreiben. In the case of charged particles, additional thermoelectric effects (Seebeck effect) occur in addition to the actual segregation. This kinetic interaction of particle and heat flux is a microscopic phenomenon that has not yet been clarified by science in all its aspects, which is why a theoretical exposition of this phenomenon is not given here. However, phenomenologically, these superposition phenomena in the context of linear irreversible thermodynamics are described by the occurrence of non-diagonal elements in a transport coefficient matrix.
[0008] Die Übertragung auf die Diffusion von metallischen Elementen in einem realen Festkörper (z.B. Gussbauteil) in einem Temperaturgradienten ist nicht direkt möglich. Sie hängt stark von der kristallografischen Gefügeordnung (lonenbindung oder kova- lente, metallische Bindung), Dichtegradienten und Fehlordnungen (Korngrenzen, Sei- gerungen, Poren, etc.) ab. In jedem Fall ist bei der Thermodiffusion ein Tempera- tur/Zeit-Verlaufsgradient als treibende Kraft dieses Vorganges notwendig. Das Phasensystem strebt dabei immer von einem Zustand hoher Enthalpie zu einem Zustand niedriger Enthalpie. The transfer to the diffusion of metallic elements in a real solid (eg cast component) in a temperature gradient is not directly possible. It depends strongly on the crystallographic order of structure (ionic bond or covalent bond, metallic bond), density gradients and disorder (grain boundaries, silk scored, pores, etc.). In any case, during thermal diffusion, a temperature / time gradient as the driving force of this process is necessary. The phase system always strives from a high enthalpy state to a low enthalpy state.
[0009] Davon ist das sogenannte„Sherardisieren" zu unterscheiden. Bei diesem Be- schichtungsverfahren wird im Prinzip (beispielsweise) nur metallisches Zink aus der Dampfphase auf die Oberfläche des Substrats abgeschieden. [0009] In this coating process, in principle (for example) only metallic zinc is deposited from the vapor phase onto the surface of the substrate.
[0010] Erste praktische Grundlagen zur Thermodiffusion wurden durch Thomas Graham/ Baptist Fourier und die theoretischen Herleitungen durch Adolf Fick und Albert Einstein in Flüssigkeiten durchgeführt. Dabei stellte sich heraus, dass es eine direkte Beziehung zwischen der Wanderung der Moleküle im Gradienten, den sogenannten Diffusionskoeffizienten, gibt: First practical basics for thermal diffusion were performed by Thomas Graham / Baptist Fourier and the theoretical derivations by Adolf Fick and Albert Einstein in liquids. It turned out that there is a direct relationship between the migration of the molecules in the gradient, the so-called diffusion coefficients:
[001 1 ] Der Diffusionskoeffizient der suspendierten Substanz hängt also ausser von universeilen Konstanten und der absoluten Temperatur nur vom Reibungskoeffizienten der Flüssigkeit und von der Grösse der suspendierten Teilchen ab. The diffusion coefficient of the suspended substance thus depends, except on the giantil constant and the absolute temperature, only on the coefficient of friction of the liquid and on the size of the suspended particles.
[0012] Besteht in einer Gasmischung ein Temperaturunterschied, so reichert sich durch die Temperatur die leichtere Komponente des Stoffes an der wärmeren, die schwerere an der kälteren Stelle an. Consists in a gas mixture, a temperature difference, so enriches the temperature of the lighter component of the substance to the warmer, the heavier at the colder point.
[0013] Die„Zink-Thermo-Diffusion" bezeichnet ein modernes Verfahren für Korrosionsschutz von höchster Qualität, bei dem die Oberfläche des Werkstoffs thermoche- misch modifiziert wird. Die dadurch entstehende Schutzschicht geht eine extrem starke (atomare) Verbindung mit dem Trägermateriai ein und gewährleistet so, dass zum einen einen hervorragenden Langzeit-Korrosionsschutz entsteht, und zum anderen , dass sich daraus eine Veränderung der Eigenschaften des Substrats ergibt, beispielsweise hinsichtlich der Duktilität, die ein solches Substrat dann nach erfolgter Thermodiffusion aufweist, wobei die beiden Wirkungen hier erfindungswesentiich alternativ oder kumulativ zur Umsetzung gelangen. Gerade die„Thermo-Diffusions- Verzinkung" bildet ein umweltfreundliches Verfahren , das ohne Chrom-Verbindungen durchgeführt werden kann. [0013] "Zinc thermo-diffusion" refers to a state-of-the-art process of corrosion protection of the highest quality, in which the surface of the material is thermochemically modified, resulting in an extremely strong (atomic) bond with the support material ensures that on the one hand an excellent long-term corrosion protection arises, and on the other hand, that this results in a change in the properties of the substrate, for example, in terms of ductility, such a substrate then after Thermodiffusion, wherein the two effects here erfindungswesentiich alternatively or cumulatively reach the implementation. Especially the "thermo-diffusion galvanizing" forms an environmentally friendly process that can be performed without chromium compounds.
[0014] Der Beschichtungsvorgang erfolgt in geschlossenen Kammern und läuft bei Temperaturen bis zu 380°C unter definierter Gasatmosphäre ab, wobei diese Temperaturangabe nicht als absolut zu betrachten ist. Dabei wird metallisches Zink aus der oben beschriebenen Dampfhase auf dem Substrat sublimieri und wächst gleich- massig auf der Oberfläche derselben auf. Anders als bei den herkömmlichen Korrosionsschutzverfahren legt sich bei der„Zink-Thermo-Diffusion" das eingesetzte Zink nicht nur platt auf die Oberfläche des zu schützenden Werkstücks, sondern dringt darüber hinaus in offene Hohlräume, zerklüftete Oberflächen und die etaügit- terstruktur in der Randzone, je nach Gefüge-Morphologie, gemäss dem Temperatur- und Dichtegradienten ein, und bildet so eine partielle Zink/Eisenlegierung. The coating process takes place in closed chambers and runs at temperatures up to 380 ° C under a defined gas atmosphere, this temperature is not considered to be absolute. In this case, metallic zinc from the vapor phase described above sublimes on the substrate and grows uniformly on the surface of the same. In contrast to conventional anticorrosive processes, the zinc used in "zinc thermo-diffusion" not only lays flat on the surface of the workpiece to be protected, but also penetrates open cavities, fissured surfaces and the eta gate structure in the edge zone. depending on the microstructural morphology, according to the temperature and density gradient, and thus forms a partial zinc / iron alloy.
[0015] Gegebenenfalls kann ein anschliessendes, spezieil für den Einsatz ausgewähltes zusätzliches Überzug das Verfahren abrunden, wobei dies nur in bestimmten Fällen als optional zu betrachten ist. Optionally, a subsequent, spezieil selected for use additional coating round off the process, and this is to be regarded as optional only in certain cases.
[0016] Das erfindungsgemässe Ergebnis ist aber so angelegt, dass aus dem Ther- modiffusionsprozess eine dünne und sehr hochleistungsfähige Korrosionsschutz- schicht gebildet wird, wodurch sich weitere Massnahmen, wie zum Beispiel„Top- coat", geradezu nicht aufdrängen . However, the result according to the invention is designed in such a way that a thin and very high-performance corrosion protection layer is formed from the thermodiffusion process, as a result of which further measures, such as "topcoat", are virtually non-imposed.
[0017] Zur Abrundung der Offenbarung sei hervorgehoben, dass bei einer Topcoat- Beschichten es sich also bekanntlich um das Aufbringen einer fest haftenden Schicht aus formlosem Stoff auf Werkstücke handelt. Hierbei kann es sich sowohl um einzelne Schichten als auch um mehrere in sich zusammenhängende Schichten handeln. Solche Beschichtungen können durch chemische, mechanische, thermische und thermomechanische Verfahren erfolgen , wodurch dargelegt ist, dass eine solche Zufügung mit dem erfindungsgemässen Thermodiffusionsprozess keinen inneren Zusammenhang zu entfalten vermag. To round off the disclosure should be emphasized that in a topcoat so it is known to apply a firmly adhering layer of formless fabric on workpieces. These can be individual layers as well as several cohesive layers. Such coatings can be made by chemical, mechanical, thermal, and thermomechanical processes, demonstrating that such Addition with the inventive thermal diffusion process is unable to develop any internal connection.
[0018] Das Zink-Thermodiffusionsverfahren ist insbesondere für jene Bereiche geeignet, die mit extremen Korrosionsbedingungen konfrontiert sind, und/oder die physikalischen Eigenschaften des Substrats einer gezielten Veränderung zugeführt werden sollen, beispielweise zum Erhalt einer Duktiiitätseigenschaft des Werkstücks. The zinc thermal diffusion method is particularly suitable for those areas that are confronted with extreme corrosion conditions, and / or the physical properties of the substrate to be selectively targeted, for example, to obtain a ductility property of the workpiece.
[0019] Es lässi sich deshalb schlussfolgern, dass sich, anders als bei den herkömmlichen Korrosionsschutzverfahren , das eingesetzte Zink bei der Zink-Thermodiffusion nicht nur, wie oben bereits erwähnt, auf die Oberfläche des zu schützenden Werkstücks niederlegt, sondern das eingesetzte Zink darüber hinaus in seine Metallgitterstruktur in der Randzone eindringt, womit dann eine echte Zink/Eisenlegierung gebildet wird, It can therefore be concluded that, unlike the conventional corrosion protection method, the zinc used in the zinc thermal diffusion not only, as mentioned above, deposited on the surface of the workpiece to be protected, but the zinc used beyond penetrates into its metal lattice structure in the edge zone, which then forms a true zinc / iron alloy,
[0020] Im Sinne einer Abrundung der Offenbarung sei noch darauf hingewiesen, dass das Beschichten eine Hauptgruppe der Fertigungsverfahren nach DIN 8580 als Bezeichnung für eine Gruppe verschiedener Fertigungsverfahren ist, bei denen ein Beschichtungswerkstoff auf ein Werkstück oder auf ein Trägermaterial aufgebracht wird und dort eine fest haftende Schicht bildet. In the spirit of rounding off the disclosure, it should be noted that the coating is a major group of manufacturing processes according to DIN 8580 as a name for a group of different manufacturing processes in which a coating material is applied to a workpiece or on a substrate and there a fixed forms adherent layer.
[0021 ] Die Beschichtung von Bauteilen findet bevorzugt in der Automobiiindustrie Anwendung und überall dort, wo ein hervorragende Korrosionsschutz angestrebt wird, allenfalls mit anderen funktionsbedingten physikalischen und dekorativen Eigenschaften kombiniert werden soll, und genau hiergegen wollen die hier vorgeschlagenen Thermodiffusionsprozesse mindestens eine nachhaltige alternative Technologie schaffen resp. anbieten. The coating of components is preferably used in the automotive industry and wherever excellent corrosion protection is sought, at best with other functional physical and decorative properties is to be combined, and precisely against this, the thermal diffusion processes proposed here create at least one sustainable alternative technology respectively. to offer.
[0022] Zusammenfassend lassen sich aus„Zink-Thermo-DiffusionAA OTech Technical Media, Seite 3" folgende Aspekte erkennen: [0023] Die durch den ZTD-Prozess (Zink-Thermo-Diffusion) entstandene Randschicht ist auch bei komplizierten Bauteilen (z. B. mit Hohlräumen und Innengewinden) sehr gieichmässig in der Schichtdicke und homogen in der Makrostruktur. Es entsteht eine gleichässige minimal aufgeraute Oberfläche ohne Zinkhautbildung. Es wird eine Schichthärte von etwa 52 HRC erreicht. Dadurch weisen die so behandelten Bauteile eine sehr hohe Verschleissfestigkeit auf, was mit anderen Korrosionsschutzverfahren unter Einsatz von Zink nicht erreicht wird. In summary, the following aspects can be recognized from "Zinc Thermo-Diffusion AA OTech Technical Media, page 3": The edge layer formed by the ZTD process (zinc thermo-diffusion) is also very gieichmässig in the layer thickness and homogeneous in the macrostructure, even with complicated components (eg., With cavities and internal threads). The result is a uniform minimal roughened surface without zinc skin formation. It is achieved a layer hardness of about 52 HRC. As a result, the components thus treated have a very high resistance to wear, which is not achieved with other corrosion protection methods using zinc.
[0024] Daraus lässt sich zu Gunsten der Erfindung ableiten, dass die Gefahr der Wasserstoff-Versprödung vor allem aufgrund von Beizprozessen und galvanischen Beschichtungsprozessen aus wässrigen Elektrolyten nicht mehr besteht. Zwar ist es richtig, dass durch das Eindringen und Einlagern von atomarem Wasserstoff in das Metallgefüge hierbei Änderungen in der Dehnbarkeit (Duktilität) des Materials entstehen, was zu Sprödbruch und so genannter Spannungsrisskorrosion und damit zum Bau'eilversagen führen kann. Indessen , durch den erfindungsgemässen trocken ablaufenden Wärme-ZTD-Prozess kann diese Gefahr der Wasserstoff-Versprödung für die bearbeiteten Bauteile ausgeschlossen werden, wodurch das Verfahren auch besonders für sicherheitsrelevante Bauteile hochwertig geeignet ist. It can be deduced in favor of the invention that the risk of hydrogen embrittlement mainly because of pickling processes and galvanic coating processes from aqueous electrolytes no longer exists. While it is true that the penetration and storage of atomic hydrogen in the metal structure here changes in the ductility (ductility) of the material, which can lead to brittle fracture and so-called stress corrosion cracking and thus to the construction part failure. In the meantime, the danger of hydrogen embrittlement for the machined components can be excluded by the dry-running ZTD process according to the invention, which makes the method particularly suitable for safety-relevant components.
[0025] Zusätzlich lassen sich durch eine Thermodiffusions-Behandlung vorhandene Sauerstoff- Versprödungen reduzieren bzw. nachhaltig beheben, indem bei der trockenen Wärmebehandlung der Wasserstoff wieder aus dem Substrat herausgelöst wird. In addition, can be reduced by a thermal diffusion treatment existing oxygen embrittlement or remedy sustainable by the hydrogen is dissolved out of the substrate during the dry heat treatment again.
[0026] Ein weiterer Vorteil beim Einsatz der Zink-Thermo-Diffusion an sicherheitsrelevanten Bauteilen ist die Gewährleistung der Masstoleranzen und Anzugsmomente. Another advantage of using the zinc thermo-diffusion of safety-relevant components is the assurance of dimensional tolerances and torques.
[0027] Demgegenüber, durch die Oberflächenbeschichtung mit herkömmlichen Verfahren können sich die definierten Anzugsmomente je nach Schichtdicke verändern. Ausserdem müssen die Gewinde dieser beschichteten Schrauben oder Bolzen oft nachbearbeitet werden, damit sie die geforderten Toleranzen gewährleisten. Allerdings wird durch die mechanische Nachbearbeitung die aufgebrachte Schutzschicht teilweise wieder zerstört und der Korrosionsschutz verschlechtert sich dadurch nachhaltig. In contrast, by the surface coating with conventional methods, the defined tightening torques can change depending on the layer thickness. In addition, the threads of these coated screws or bolts often need be reworked to ensure the required tolerances. However, the applied protective layer is partially destroyed by the mechanical post-processing and the corrosion protection thus deteriorates sustainably.
[0028] Da bei der Zink-Thermo-Diffusion ein homogener und gleichmässiger Schichtaufbau vorliegt und keine zusätzliche Schicht aufgebracht wird, sondern der Korrosionsschutz in den Randbereich des Materials eingebracht wird, ist keine mechanische Nachbearbeitung mehr notwendig und die definierten Masstoleranzen und Anzugsmomente ändern sich nicht. Darüber hinaus kommt es im Gegensatz zu anderen Schichten auch zu keinem Setzverhalten , was bei sicherheitsrelevanten Bauteilen ebenfalls von besonderer Bedeutung ist. Since the zinc-thermo-diffusion is a homogeneous and uniform layer structure and no additional layer is applied, but the corrosion protection is introduced into the edge region of the material, no mechanical post-processing is necessary and the defined dimensional tolerances and torques do not change , In addition, in contrast to other layers, there is no settling behavior, which is also of particular importance for safety-relevant components.
Stand der Technik State of the art
[0029] Folgende Druckschriften sind zum Stand der Technik bekanntgeworden: The following documents have become known in the art:
[0030] Aus EP 164 64 58 A1 geht ein Verfahren zur Herstellung von pressgehärteten Bauteilen, insbesondere eines Karosseriebauteils hervor, das aus einem Halbzeug aus einem ungehärteten, warm umformbaren Stahlblech besteht, wobei das Verfahren durch folgende Verfahrensschritten charakterisiert ist: (i) aus dem Halbzeug wird durch ein Kaltverformungsverfahren (insbesondere einem Ziehverfahren), ein Bauteil-Rohling geformt; (ii) der Bauteilrohling wird randseitig auf eine dem herzustellenden Bauteil näherungsweise entsprechende Berandungskontur beschnitten; (iii) der beschnittene Bauteilrohling wird erwärmt und in einem Wa rm u mf o r we rkze u g pressgehärtet; (iv) wobei aus dem Halbzeug durch ein Kaltverformungsverfahren (insbesondere einem Ziehverfahren), wird ein Bauteil-Rohling geformt; (v) der Bauteilrohling wird randseitig auf eine dem herzustellenden Bauteil näherungsweise entsprechende Berandungskontur beschnitten; (vi) der beschnittene Bauteilrohling wird erwärmt und in einem Wa rmumformwerkzeug pressgehärtet; (vii) der pressgehärtete Bauteilrohling wird dann in einem Beschichtungsschritt unter Verwendung eines the mischen D iff u s io n sve rfa h re n s mit einer vor Korrosion schützenden Schicht überzogen. From EP 164 64 58 A1 discloses a method for the production of press-hardened components, in particular a body component, which consists of a semi-finished product of an uncured, hot-forming steel sheet, wherein the method is characterized by the following process steps: (i) from the Semifinished product is formed by a cold forming process (in particular a drawing process), a component blank; (ii) the component blank is trimmed at the edge to a boundary contour approximately corresponding to the component to be produced; (iii) the clipped component blank is heated and press cured in a heat press; (iv) wherein from the semifinished product by a cold working method (in particular, a drawing method), a component blank is formed; (v) the component blank is trimmed at the edge to a boundary contour approximately corresponding to the component to be produced; (vi) the cut component blank is heated and press-hardened in a heat-molding die; (vii) the press-hardened The component blank is then coated with a corrosion protective layer in a coating step using a the compounding compound.
[0031 ] Aus EP 164 64 58 A1 geht ein Verfahren zur Herstellung von pressgehärtete Bauteilen, insbesondere eines Karosseriebauteils hervor. Aus einem Halbzeug aus einem ungehärteten, warm umformbaren Stahlblech wird das Verfahren durch folgenden Verfahrensschritten abgewickelt: (i) aus dem Halbzeug wird durch ein Kalt- verformungsverfahren (insbesondere einem Ziehverfahren), ein Bauteil-Rohling geformt; (ii) der Bauteilrohling wird randseitig auf eine dem herzustellenden Bauteil näherungsweise entsprechende Berandungskontur beschnitten; (iii) der beschnittene Bauteilrohling wird erwärmt und in einem Wa rm u mf o rmwe rkze u g pressgehärtet; (iv) der pressgehärtete Bauteilrohling wird in einem Beschichtungsschritt unter Verwendung eines thermischen Diffusionsverfahrens mit einer vor Korrosion-schützenden Schicht überzogen. EP 164 64 58 A1 discloses a method for producing press-hardened components, in particular a body component. From a semi-finished product of an uncured, hot-forming steel sheet, the process is carried out by the following process steps: (i) from the semifinished product, a component blank is formed by a cold-forming process (in particular a drawing process); (ii) the component blank is trimmed at the edge to a boundary contour approximately corresponding to the component to be produced; (iii) the clipped component blank is heated and press cured in a heat forme; (iv) the press-hardened component blank is coated with an anticorrosion layer in a coating step using a thermal diffusion method.
[0032] Aus EP 1 646 459 B2 geht ein Verfahren zur Herstellung von pressgehärtete Bauteilen, insbesondere eines Karosseriebauteils, aus einem Halbzeug aus einem ungehärteten, warm umformbaren Stahlblech hervor, wobei das Verfahren durch fol gende Verfahrensschritte charakterisiert ist: (i) aus dem mit einer ersten Schicht vorbeischichteten Halbzeug wird durch ein Kaltumformverfahren, (insbesondere Ziehverfahren,) ein Bauteilrohling geformt; (ii) der Bauteilrohling wird randseitig auf eine dem herzustellenden Bauteil näherungsweise entsprechende Randkontur beschnitten; (iii) der beschnittene Bauteilrohling wird erwärmt und in einem Warmumfo rmwe rkze ug pressgehärtet; (iv) der pressgehärtete Bauteilrohling wird in einem Beschichtungsschritt mit einer zweiten vor Korrosion schützenden Schicht überzogen. From EP 1 646 459 B2, a method for the production of press-hardened components, in particular a body component, from a semifinished product from an uncured, hot-forming steel sheet, the method is characterized by fol lowing process steps: (i) from the with a semifinished product which has been pasted over a first layer is formed by means of a cold forming method, (in particular drawing method), a component blank; (ii) the component blank is trimmed at the edge to an approximately corresponding edge contour of the component to be produced; (iii) the clipped component blank is heated and press cured in a hot stamping process; (iv) the press-hardened component blank is coated in a coating step with a second corrosion-inhibiting layer.
[0033] Darüber hinaus zeichnet sich EP 1 646 459 B2 dadurch aus, dass ein Verfah ren zur Herstellung von pressgehärteten Bauteilen, (insbesondere eines Karosserie- bauteiis) vorgeschlagen wird, bei welchem aus einem Halbzeug aus ungehärtetem, warm umformbarem Stahlblech folgende Verfahrensschritte ausgeführt werden: (i) das mit einer ersten Schicht vorbeschichtete Halbzeug wird erwärmt und in einem Warmumformwerkzeug pressgehärtet; (ii) der auf diese Weise erzeugte pressgehärtete Bauteilrohiing wird randseitig auf eine dem herzustellenden Bauteil entsprechend Randkontur beschnitten ; (iii) der pressgehärtete Bauteilrohiing wird in einem Beschichtungsschritt mit einer zweiten vor Korrosion schützenden Schicht überzogen, wobei die zweite Schicht mit einem thermischen Diffusionsverfahren auf den pressgehärteten Bauteilrohiing aufgebracht wird und wobei die zweite Schicht sowohl auf der Vorbeschichtung als auch auf unbeschichteten Bereichen des Bauteilrohlings abgeschieden wird. Moreover, EP 1 646 459 B2 is characterized in that a procedural ren for the production of press-hardened components, (in particular a bodywork building) is proposed, in which the following process steps are performed from a semi-finished product of uncured, hot-forming steel sheet : (i) the semifinished product precoated with a first layer is heated and press-cured in a hot-forming tool; (ii) the press-hardened component blank produced in this way is trimmed at the edge to a component corresponding to the edge contour; (iii) the press-hardened component blank is coated with a second corrosion-inhibiting layer in a coating step, wherein the second layer is applied to the press-hardened component tube by a thermal diffusion process and wherein the second layer is deposited on both the pre-coating and uncoated regions of the component blank becomes.
[0034] Aus DE 10 2004 035 049 B4 geht ein Verfahren zur Beschichtung von DE 10 2004 035 049 B4 discloses a process for the coating of
Stahlerzeugnissen, insbesondere auch aus hochfesten Stählen und mit formschwierigen Profilen hervor, wobei folgende prozessschritte zugrunde gelegt werden: (i) mittels Wärmebehandlung der oberflächenhaft gereinigten Stahlzeugnisse in einem Container; (ii) in den gleichzeitig ein Zinkpulver enthaltendes Sättigungsgemisch und ein wärmestabilisierender Füllstoff in Form von Granalien oder Kügeichen eingebracht werden; (iii) wobei diese Einbringungen aus einem Metall oder einer Legierung gebildet sind, das (die) bis zu einer Temperatur von 350 °C nicht mit Zink reagiert und eine Schmelztemperatur von mehr als 800 °C aufweist; (iv) Halten und Abkühlen; (v) wobei ein Sättigungsgemisch mit einem Anteil von etwa 99 bis 100% an feindispersem Zinkpulver mit einer Partikelgrosse von nicht mehr als 10 pm und einer Masse von 3,5 bis 3,7 g pro 1 m2 der Gesamtoberflache der zu beschichtenden Teile für eine Beschichtungsdicke von etwa 1 pm verwendet wird; (vi) dass die Thermodif- fusionssättigung und das Halten bei einer Temperatur von 260° bis 32Q C durchgeführt werden, und dass unmittelbar nach der Abkühlung die Erzeugnisse gewaschen und passiviert werden, und zwar stufenweise zuerst in einer Lösung mit einem pH- Wert von 4,5 bis 6,0 und dann in einer Lösung mit einem pH-Wert von 10,0 bis 1 1 ,0, Im Einzelnen: Es werden folgende Prozessschritte zugrunde gelegt werden; (i) mittels Wärmebehandlung der oberflächenhaft gereinigten Stahlzeugnisse in einem Container; (ii) in den gleichzeitig ein Zinkpulver enthaltendes Sättigungsgemisch und ein wärmestabilisierender Füllstoff in Form von Granalien oder Kügelchen eingebracht werden; (iii) wobei diese Einbringungen aus einem Metall oder einer Legierung gebildet sind, das (die) bis zu einer Temperatur von 350°C nicht mit Zink reagiert und eine Schmelztemperatur von mehr als 600°C aufweist; (iv) Halten und Abkühlen; (v) wobei ein Sättigungsgemisch mit einem Anteil von etwa 99 bis 100% an feindispersem Zinkpulver mit einer Partikelgrosse von nicht mehr als 10 pm und einer Masse von 3,5 bis 3,7 g pro 1 m2 der Gesamtoberflache der zu beschichtenden Teile für eine Beschichtungsdicke von etwa 1 pm verwendet wird; (vi) dass die Thermodif- fusionssättigung und das Halten bei einer Temperatur von 260° bis 320°C durchgeführt werden, und dass unmittelbar nach der Abkühlung die Erzeugnisse gewaschen und passiviert werden, und zwar stufenweise zuerst in einer Lösung mit einem pH- Wert von 4,5 bis 6,0 und dann in einer Lösung mit einem pH -Wert von 10,0 bis 1 1 ,0. Steel products, in particular also from high-strength steels and with form-heavy profiles, whereby the following process steps are taken as a basis: (i) by heat treatment of the surface-cleaned steel products in a container; (ii) incorporating in the concurrent zinc powder-containing saturation mixture and a heat-stabilizing filler in the form of granules or oaks; (iii) these incorporations are formed of a metal or alloy which does not react with zinc up to a temperature of 350 ° C and has a melting temperature greater than 800 ° C; (iv) holding and cooling; (v) wherein a saturation mixture having a proportion of about 99 to 100% of finely dispersed zinc powder having a particle size of not more than 10 pm and a mass of 3.5 to 3.7 g per 1 m 2 of the total surface of the parts to be coated a coating thickness of about 1 pm is used; (vi) Thermodifusion saturation and holding are carried out at a temperature of 260 ° to 32 ° C, and immediately after cooling, the products are washed and passivated, first in a solution of pH 4 in stages , 5 to 6.0 and then in a solution with a pH of 10.0 to 1 1, 0, in detail: It will be based on the following process steps; (i) by heat treatment of the surface-cleaned steel products in a container; (ii) in the simultaneously containing a zinc powder saturation mixture and a heat stabilizing filler in the form of granules or beads are introduced; (iii) these incorporations are formed of a metal or alloy that does not react with zinc up to a temperature of 350 ° C and has a melting temperature greater than 600 ° C; (iv) holding and cooling; (v) wherein a saturation mixture having a proportion of about 99 to 100% of finely dispersed zinc powder having a particle size of not more than 10 pm and a mass of 3.5 to 3.7 g per 1 m 2 of the total surface of the parts to be coated a coating thickness of about 1 pm is used; (vi) Thermodifusion saturation and holding are conducted at a temperature of 260 ° C to 320 ° C, and immediately after cooling, the products are washed and passivated, first in a solution having a pH of 4.5 to 6.0 and then in a solution with a pH of 10.0 to 1 1, 0.
[0035] Aus EP 2 252 719 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung von Zink-beschichteten Nichteisenmetall-Bauteilen, insbesondere für die Fertigung korrosionsgeschützter Karosserien in Mischbauweise, bekanntgeworden, das nach folgenden Prozessschritten charakterisiert ist: (i) die Beschichtung auf die Nichteisenmetall-Bauteile wird durch ein Zinkdiffusionsverfahren unter Anwendung einer Zn-Staub-Mischung bei eine Temperatur im Bereich von 300° bis 600°C unter Bildung einer Zinkdiffusionsschicht aufgebracht. Die Anwendung dieses Verfahren betrifft Karosseriebauteil, insbesondere für Kraftfahrzeuge, in Metall-Hybrid- oder Mischbauweise, bei dem mindestens ein Leichtmetallbauteil und ein Stahlbauteil aneinandergefügt sind, wobei das Leichtmetallbauteil eine Zinkdiffusionsschicht trägt, welche den unmittelbaren Kontakt zwischen Leichtmetall und Stahl an der Fügestelle unterbindet. EP 2 252 719 A1 has disclosed a method for the production of zinc-coated non-ferrous metal components, in particular for the production of corrosion-protected bodies in mixed construction, which is characterized by the following process steps: (i) the coating on the non-ferrous metal components is applied by a zinc diffusion method using a Zn dust mixture at a temperature in the range of 300 ° to 600 ° C to form a zinc diffusion layer. The application of this method relates to a body component, in particular for motor vehicles, in metal-hybrid or composite construction, in which at least one light metal component and a steel component are joined together, wherein the light metal component carries a zinc diffusion layer, which prevents the direct contact between light metal and steel at the joint.
[0036] Aus DE 10 2006 019 567 B3 ist ein Verfahren zur Herstellung eines Formbauteils aus einem Halbzeug aus härtbarem und warmumformbaren Stahlblech bekanntgeworden, umfassend die folgenden Schritte: (i) Erwärmung des Halbzeugs auf Austern itisierungstemperatur und (ii) Presshärten in einem kalten Werkzeug, wobei sich durch Abschreckung zumindest teilweise ein martensitisches und/oder bainitisches Gefüge einstellt; (iii) und ein Anlassen des umgeformten Halbzeugs bei Temperaturen unterhalb 400°C unter Bildung eines Formbauteils mit gegenüber dem gehärteten Bauteil erhöhter Streckgrenze und/oder Bruchdehnung erfolgt, (iv) wobei für das Halbzeug ein Chrom-Molybdänstahl der Zusammensetzungen 25CrMo4, 34CrMo4, 42CrMo4, 25CrMoS4, 34CrMoS4 oder 42CrMoS4 gewählt wird. DE 10 2006 019 567 B3 has disclosed a method for producing a molded component from a semifinished product of curable and hot-workable steel sheet, comprising the following steps: (i) heating the semifinished product to oysterization temperature and (ii) press-hardening in a cold tool , Whose deterrence at least partially a martensitic and / or bainitic Setting structure; (iii) and tempering of the formed semi-finished product at temperatures below 400 ° C to form a molded component with increased yield strength and / or elongation at break compared to the cured component, (iv) wherein for the semi-finished product a chromium-molybdenum steel of the compositions 25CrMo4, 34CrMo4, 42CrMo4 , 25CrMoS4, 34CrMoS4 or 42CrMoS4 is selected.
[0037] Aus DE 10 2006 019 567 B3 geht dann spezifisch hervor, dass die Temperatur und Dauer des Anlassens so gewählt werden, dass die Streckgrenze um mindestens 20% gesteigert wird. Intervallmässig wird hier vorgeschlagen, das Anlassen bei einer Temperatur im Bereich von 300° bis 400°C resp. 300° bis 330°C erfolgen zu lassen. Im Einzelnen: Die Temperatur und Dauer des Anlassens werden so gewählt, dass die Streckgrenze um mindestens 20% gesteigert wird. Intervallmässig wird hier vorgeschlagen, das Anlassen bei einer Temperatur im Bereich von 300° bis 400°C resp. 300° bis 330°C erfolgen zu lassen. From DE 10 2006 019 567 B3 then specifically shows that the temperature and duration of the annealing are chosen so that the yield strength is increased by at least 20%. Intervall moderate is proposed here, the tempering at a temperature in the range of 300 ° to 400 ° C, respectively. 300 ° to 330 ° C to be done. In detail: The temperature and duration of the tempering are selected so that the yield strength is increased by at least 20%. Intervall moderate is proposed here, the tempering at a temperature in the range of 300 ° to 400 ° C, respectively. 300 ° to 330 ° C to be done.
[0038] Aus EP 2 369 020 A1 ist ein Verfahren zur Behandlung eines Metallelements für ein Kraftfahrzeug bekanntgeworden, mit den folgenden Prozessschritten: (i) Härten des Metallelements; (ii) Entfernen von Zunder vor dem Pressen des gehärteten Metallelements in einer Ultraschall-Flüssigkeit, die eine wässrige Lösung mit einer organischen Carbonsäure mit einer Konzentration von 0.1 -10 Vol. %; (ii) Beschichten des Metallelements in einem Beschichtungsverfahren mit einer Antikorrosionsbe- schichtung. From EP 2 369 020 A1 a method for the treatment of a metal element for a motor vehicle has become known, with the following process steps: (i) hardening of the metal element; (ii) removing scale prior to pressing the hardened metal element in an ultrasonic liquid containing an aqueous solution with an organic carboxylic acid at a concentration of 0.1-10 vol%; (ii) coating the metal element in a coating process with an anti-corrosion coating.
[0039] Aus US 9 089 886 B2 ist Verfahren zur Behandlung eines Metallelements für ein Kraftfahrzeug bekanntgeworden, mit den folgenden Prozessschritten: (i) Härten des Metallelements, so dass ein pressgehärtetes Metalielement erhalten wird; (ii) Entfernen von Zunder von der Presse am gehärteten Metallelement in einer Ultraschall-Flüssigkeit und Durchführen eines Ultraschallprozesses, um ein zunderfreies Metallelement zu erhalten : (iii) wobei die wässrige Lösung mit einer organischen Carbonsäure mit einer Konzentration von 0.1 bis 10 Vol. % ist; (iv) und der Ultraschall- prozess Ultraschallfrequenzen zwischen 18 kHz und 60 kHz umfasst; (v) und Beschichten des Metallelements in einem Beschichtungsverfahren mit einer Antikorrosi- onsbeschichtung; (vi) wobei die Ultraschallfrequenz während des Beschichtens mit einer Antikorrosionsbeschichtung variiert/geändert wird. US Pat. No. 9,089,886 B2 has disclosed methods for treating a metal element for a motor vehicle, with the following process steps: (i) hardening the metal element so as to obtain a press-hardened metal element; (ii) removing scale from the press on the hardened metal element in an ultrasonic liquid and performing an ultrasonic process to obtain a scale-free metal element: (iii) wherein the aqueous solution is an organic carboxylic acid having a concentration of 0.1 to 10 vol.% is; (iv) and the ultrasound process includes ultrasonic frequencies between 18 kHz and 60 kHz; (v) and coating the metal element in a coating process with an anti-corrosion coating; (vi) wherein the ultrasonic frequency is varied / changed during coating with an anti-corrosion coating.
[0040] Aus EP 1 683 892 A1 resp. DE 10 2005 002 706 B4 ist ein Verfahren zum Aufbringen einer festen metallischen Beschichtung auf ein Profilbauteil aus Stahlblech bekanntgeworden, (i) wobei das Profilbauteil in einem Behandlungsraum mit einem Metallpulver eingenebelt und Metallpulver elektrostatisch auf der Oberfläche des Profilbauteils vollflächig abgeschieden wird; (ii) worauf eine Wärmebehandlung des Profilbauteils vorgenommen wird, bei welcher durch einen Diffusionsprozess zwischen dem Stahlblech und dem Metallpulver die Beschichtung ausgebildet wird, woran sich ein Abkühlung des Profilbauteils anschliesst. From EP 1 683 892 A1 resp. DE 10 2005 002 706 B4 has disclosed a method for applying a solid metallic coating to a profiled component made of sheet steel, (i) wherein the profiled component is misted in a treatment space with a metal powder and electrostatic deposited metal powder on the surface of the profile component over the entire surface; (ii) followed by a heat treatment of the profile component, in which the coating is formed by a diffusion process between the steel sheet and the metal powder, followed by cooling of the profile component.
[0041 ] Quantifizierend geht also aus DE 10 2005 002 706 B4 ein Verfahren zur Aufbringung einer festen metallischen Beschichtung auf ein Profilbauteil aus Stahlblech hervor, wobei das Profilbauteil in einem Behandlungsraum mit einem zink- oder zin- koxidhaltigen Metallpulver eingenebelt und das Metallpulver elektrostatisch auf der Oberfläche des Profilbauteils vollflächig abgeschieden wird, worauf eine Wärmebehandlung des Profilbauteils bei einer Temperatur zwischen 280° und 350°C über einen Zeitraum von 0.5 h bis 4.0 h vorgenommen wird, bei welcher durch einen Diffusionsprozess zwischen dem Stahlblech und dem Metallpulver von 5 bis 40 pm dicke Etsen-Zink-Legierungsschichten ausgebildet werden, woran sich eine Abkühlung des Profilbauteils anschliesst. Im Einzelnen: Das Profilbauteil wird in einem Behandlungsraum mit einem zink- oder zinkoxidhaltigen Metallpulver eingenebelt und das Metallpulver elektrostatisch auf der Oberfläche des Profilbauteils vollflächig abgeschieden, worauf eine Wärmebehandlung des Profilbauteils bei einer Temperatur zwischen 280C und 350°C über einen Zeitraum von 0.5 h bis 4.0 h vorgenommen wird, bei weicher durch einen Diffusionsprozess zwischen dem Stahlblech und dem Metallpulver von 5 bis 40 pm dicke Eisen-Zink-Legierungsschichten ausgebildet werden, woran sich eine Abkühlung des Profilbauteils anschliesst. Aus dieser Druckschrift geht des Weiteren hervor, dass diese Wärmebehandlung eine Aufheizphase und eine Haltephase umfasst, und sich die Aufheizphase über einen Zeitraum von 0.5 h bis 2 h und sich die Haltephase über einen Zeitraum von 0 h bis 2 h erstreckt. Die Abkühlungsphase des Profilteils erfolgt in einem Zeitraum von kleiner oder gleich 1 h. Quantitative therefore goes from DE 10 2005 002 706 B4 a method for applying a solid metallic coating on a profile component made of sheet steel, wherein the profile component misted in a treatment room with a zinc or zinc oxide-containing metal powder and the metal powder electrostatically on the Surface of the profile component is deposited over the entire surface, whereupon a heat treatment of the profile component at a temperature between 280 ° and 350 ° C over a period of 0.5 h to 4.0 h is made, in which by a diffusion process between the steel sheet and the metal powder of 5 to 40 pm thick Etsen zinc alloy layers are formed, followed by a cooling of the profile component. In detail: The profile component is misted in a treatment room with a zinc or zinc oxide-containing metal powder and the metal powder electrostatically deposited on the surface of the profile component over the entire surface, followed by a heat treatment of the profile component at a temperature between 280C and 350 ° C over a period of 0.5 h 4.0 h is made in softening by a diffusion process between the steel sheet and the metal powder from 5 to 40 pm thick iron-zinc alloy layers are formed, followed by cooling of the profile component followed. From this document goes Furthermore, this heat treatment comprises a heating phase and a holding phase, and the heating phase extends over a period of 0.5 h to 2 h and the holding phase extends over a period of 0 h to 2 h. The cooling phase of the profile part takes place in a period of less than or equal to 1 h.
[0042] Aus DE 10 2005 054 847 B3 geht die Verwendung eines Bauteils aus hochfestem Stahl hervor, das nach dem Warmformen und Presshärten bei 320 bis 400 Grad Celsius wärmebehandelt worden ist, als Struktur- und/oder Sicherheitsbauteil für ein Kraftfahrzeug. DE 10 2005 054 847 B3 discloses the use of a component made of high-strength steel, which has been heat-treated at 320 to 400 degrees Celsius after thermoforming and press hardening, as a structural and / or safety component for a motor vehicle.
[0043] Aus EP 2 271 784 B1 ist ein Verfahren zum Beschichten einer Oberflache wenigstens eines Substrats mit Zink bekanntgeworden, (i) bei dem das wenigstens eine zu beschichtende Substrat zusammen mit Zink als Beschichtungsmittel bei einer Temperatur zwischen 200° und 500°C wärmebehandelt wird, (ii) wobei vor dem Beginn der Wärmebehandlung in dem Reaktionsraum, in dem das zu beschichtende Substrat wärmebehandelt wird, der Sauerstoffgehalt in der in dem Reaktionsraum enthaltenen Atmosphäre auf weniger gleich 5 Vol.-% eingestellt wird , (iii) und dann in dem Reaktionsraum in der so hergestellten Atmosphäre die Wärmebehandlung begonnen wird und die Wärmebehandlung in dem Reaktionsraum durchgeführt wird, (iv) wobei während der Wärmebehandlung in den Reaktionsraum kein Gas oder kein Sauerstoff enthaltendes Gas zugeführt wird, oder ein Gas zugeführt wird, welches so vorbehandelt worden ist, dass es einen Sauerstoffgehalt von maximal 100 ppm enthält. EP 2 271 784 B1 has disclosed a method for coating a surface of at least one substrate with zinc, (i) in which the at least one substrate to be coated is heat-treated together with zinc as the coating agent at a temperature between 200 ° and 500 ° C. (ii) wherein before the start of the heat treatment in the reaction space in which the substrate to be coated is heat treated, the oxygen content in the atmosphere contained in the reaction space is set to less than 5% by volume, (iii) and then in the heat treatment is started from the reaction space in the thus-prepared atmosphere, and the heat treatment is carried out in the reaction space; (iv) no gas or oxygen-containing gas is supplied during the heat treatment in the reaction space, or a gas is supplied which has been pretreated is that it contains a maximum oxygen content of 100 ppm.
[0044] Aus DE 10 2009 002 868 A1 resp. EP 2 251 450 A1 geht ein Verfahren zur Erzeugung von schichtförmigen, parallel zur Oberfläche angeordneten AI reichen Phasen hervor. Der fertige Überzug weist somit einen mehrschichtigen Aufbau auf. Zur Herstellung dieses mehrschichtigen Aufbaus muss jedoch der Beschichtungsvor- gang sowie eine anschliessende Diffusionswärmebehandlung zur Erzeugung der Fe/Aluminide und/oder Silicide mehrfach wiederholt werden. Ein viellagiger Schichtaufbau mit wechselnder Abfolge wenigstens zweier verschiedener Lagen ist somit im genannten Stand der Technik nur durch ein mehrfaches Wiederholen des Beschich- tungsvorganges zu erreichen. Die Auswahl der Beschichtungsverfahren und Beschichtungswerkstoffe, welche zum Aufbringen derartiger viellagiger Schichtstrukturen geeignet sind, sowie die Anwendungsmöglichkeiten derart beschichteter Substrate, speziell an den Fügestellen, sind entsprechend eingeschränkt und das Aufbringen der Schichtstruktur ist vergleichsweise aufwendig. Der abgegrenzte Schichtaufbau und mehrfache Durchläufe führen in der Regel vermehrt zu Haftungsproblemen und Fehlstellen. Im Einzelnen: 4 Substrat (!) mit einer metallischen Oberfläche (2) und einer auf dieser angeordneten viellagigen Schichtstruktur (3), wobei wenigstens zwei unterschiedliche Lagen (4, 5) in periodisch wiederholter Abfolge aufeinander und parallel zur Oberfläche (2) des Substrats (1 ) angeordnet sind, wobei die Schichtstruktur (3) als Diffusionsschicht ausgebildet ist, wobei Lagen (4) aus einer ersten, intermetallischen Phase als Matrix ausgebildet sind, in welcher Lagen (5) aus wenigstens einer zweiten, vorzugsweise intermetallischen Phase periodisch ausgebildet sind. 4 2Substrat, wobei die Lagen (4) aus der ersten intermetallischen Phase aus einer Aluminium-Nickel-Verbindung, insbesondere aus AI3Ni und/oder ΑΙ3ΝΪ2, bestehen. 4 3Substrat, wobei die Lagen (5) aus der zweiten Phase aus einer Aluminium-Wolfram- oder Aluminium-Molybdänverbindung, insbesondere aus AI4W, bestehen. 4 4Substrat, wobei die intermetallischen Phasen der Lagen (4) und/oder der Lagen (5) aus einer ternären Verbindung, insbesondere einer Al-Ni-W-Verbindung o- der Al-Ni-Mo-Verbindung, oder einer quaternären Verbindung, insbesondere Al-Ni- Mo-W, bestehen. 4 5Substrat, wobei die Matrix zwei verschiedene Lagen (4', 4") aus verschiedenen intermetallischen Phasen umfasst, welche in unterschiedlichen Abständen zum Substrat (1 ) angeordnet sind. 4 6Substrat, wobei die zweiten Lagen (5) im Wesentlichen äquidistant innerhalb der Matrix oder innerhalb einer Phase der Matrix ausgebildet sind. 7Substrat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Matrix bzw. die ersten Lagen (4',4") eine Härte von etwa 350-1 100 HV aufweisen. 4 8Substrat, wobei die Lagen (4',4") aus der ersten Phase eine Dicke zwischen 0,05 pm und 3 pm, vorzugsweise zwischen 0, 1 pm und 0,8 pm, aufweisen. 4 9Substrat, wobei die Lagen (5) aus der zweiten Phase eine Härte von etwa 800 HV und eine Dicke zwischen 0,05 pm und 3 pm, vorzugsweise zwischen 0, 1 μηη und 0,8 μηι, aufweisen. 4 '"Substrat, wobei die Oberfläche (2) des Substrats (1 ) und/oder das Substrat (1 ) aus einer Aluminiumlegierung oder Aluminium bestehen . 4 1 lSubstrat, wobei die Oberfläche (2) des Substrats (1 ) und/oder das Substrat (1 ) aus einer Nickel-Basislegierung mit einem Anteil an Wolfram und/oder Molybdän bestehen . 4 12Substrat, wobei das Substrat (1 ) aus einem Stahlwerkstoff besteht. 4 13Substrat, wobei auf der viellagigen Schichtstruktur (3) eine Aluminiumschicht angeordnet ist. 4 14Substrat, wobei auf dem Substrat (1 ) und unter der viellagigen Schichtstruktur (3) eine Nickel-Wolfram-Schicht oder eine Nickel-Molybdän- Schicht oder eine Nickel-Molybdän-Wolfram-Schicht angeordnet ist. ,5Verfahren zur Herstellung einer viellagigen Schichtstruktur (3) aus wenigstens zwei unterschiedlichen Lagen (4, 5) auf einer metallischen Oberfläche (2) eines Substrats (1 ), wobei die Lagen (4, 5) in periodisch wiederholter Abfolge aufeinander und parallel zur Oberfläche (2) des Substrats (1 ) angeordnet sind, wobei auf die Oberfläche (2) des Substrats (1 ) wenigstens eine metallische Schicht (6) aufgebracht wird und das beschichtete Substrat (1 ) einer Wärmebehandlung unterzogen wird und die viellagige Schichtstruktur (3) während der Wärmebehandlung durch Diffusion erzeugt wird, wobei die Werkstoffe der metallischen Schicht (6) und der Oberfläche (2) des Substrats derart aufeinander abgestimmt werden, dass durch die Wärmebehandlung Lagen (4) aus einer ersten , intermetallischen Phase als Matrix ausgebildet werden, in welcher Lagen (5) aus wenigstens einer zweiten, vorzugsweise intermetallischen Phase periodisch ausgebildet werden. From DE 10 2009 002 868 A1 resp. EP 2 251 450 A1 discloses a process for the production of layered, parallel to the surface arranged AI rich phases. The finished coating thus has a multilayer structure. To produce this multilayer structure, however, the coating process and subsequent diffusion heat treatment to produce the Fe / aluminides and / or silicides must be repeated several times. A multilayer coating structure with alternating sequence of at least two different layers is thus in the cited state of the art can only be achieved by repeatedly repeating the coating process. The selection of the coating methods and coating materials which are suitable for applying such multilayer coating structures, as well as the possible applications of substrates coated in this way, especially at the joints, are correspondingly limited and the application of the layer structure is comparatively expensive. The delimited layer structure and multiple passes usually lead to increased liability problems and defects. In detail: 4 substrate (1) having a metallic surface (2) and a multi-layered layer structure (3) arranged thereon, wherein at least two different layers (4, 5) in successive sequence and parallel to the surface (2) of the substrate (1) are arranged, wherein the layer structure (3) is formed as a diffusion layer, wherein layers (4) of a first, intermetallic phase are formed as a matrix in which layers (5) of at least a second, preferably intermetallic phase are periodically formed , 4 2 substrate, wherein the layers (4) of the first intermetallic phase of an aluminum-nickel compound, in particular of Al3Ni and / or ΑΙ3ΝΪ2, exist. 4 3 substrate, wherein the layers (5) from the second phase of an aluminum-tungsten or aluminum-molybdenum compound, in particular of Al4W, exist. 4 4 substrate, wherein the intermetallic phases of the layers (4) and / or the layers (5) of a ternary compound, in particular an Al-Ni-W compound o- the Al-Ni-Mo compound, or a quaternary compound , in particular Al-Ni-Mo-W exist. Comprises 4 5 substrate, said matrix two different layers (4 ', 4 ") of different intermetallic phases, which are arranged at different distances from the substrate (1). 4 6 substrate, said second layers (5) substantially equidistant within the matrix or formed within a phase of the matrix. 7 substrate according to any one of the preceding claims, characterized in that the matrix or the first layers (4 ', 4 ") have a hardness of about 350 to 1100 HV. 4 8 substrate, wherein the layers (4 ', 4 ") from the first phase has a thickness of between 0.05 pm and 3 pm, preferably between 0, 1 pm and 0.8 pm have. 4 9 substrate, wherein the layers (5) from the second phase has a hardness of about 800 HV and a thickness between 0.05 pm and 3 pm, preferably between 0, 1 μηη and 0.8 μηι have. 4 '"substrate, wherein the surface (2) of the substrate (1) and / or the substrate (1) made of an aluminum alloy or aluminum. 4 1 l substrate, wherein the surface (2) of the substrate (1) and / or the substrate (1) made of a nickel-base alloy having a proportion of tungsten and / or of molybdenum. 4 12 substrate, wherein the substrate (1) consists of a steel material. 4 13 substrate, on the multi-layered layer structure (3) an aluminum layer is arranged. 4 14 substrate, on the substrate (1) and below the multi-layered layer structure (3) is arranged a nickel-tungsten layer or a nickel-molybdenum layer, or a nickel-molybdenum-tungsten layer., 5 procedure for producing a multi-layered layer structure (3) from at least two different layers (4, 5) on a metallic surface (2) of a substrate (1), wherein the layers (4, 5) are arranged in periodically repeated succession and parallel to the surface (2 ) of the substrate ( 1), wherein on the surface (2) of the substrate (1) at least one metallic layer (6) is applied and the coated substrate (1) is subjected to a heat treatment and generates the multi-layered layer structure (3) during the heat treatment by diffusion is, wherein the materials of the metallic layer (6) and the surface (2) of the substrate are coordinated such that are formed by the heat treatment layers (4) of a first, intermetallic phase as a matrix, in which layers (5) at least a second, preferably intermetallic phase are formed periodically.
[0045] DE10 2010 021 691 A1 betrifft einen Schichtverbund aus zwei Subtraten, welche mit einer haftvermittelnden Schicht verbunden sind, wobei diese haftvermittelnde Schicht eine eindimensionale Kompositstruktur erhält. Dies ermöglicht zum einen eine rein anorganische Verbindung verschiedener Materialien, als auch eine stark verbesserte Verbindung bei Verwendung von Klebemitteln. DE10 2010 021 691 A1 relates to a layer composite of two substrates, which are connected to an adhesion-promoting layer, wherein this adhesion-promoting layer receives a one-dimensional composite structure. This allows for a purely inorganic compound of different materials, as well as a greatly improved compound when using adhesives.
[0046] Aus EP 1 595 001 B1 geht ein Verfahren zum Beschichten einer Oberfläche mit einem ersten Material und einem zweiten Material hervor, das Verfahren umfasst die folgenden Schritte: (i) Anordnen des ersten Materials auf der Oberfläche; (ii) Einführen eines Vorläufers für das zweite Material in das Innere des ersten Materials gleichzeitig mit oder nach der Stufe, die aus dem Anordnen des ersten Materials auf der genannten Oberfläche besteht; (iii) Umwandlung des Vorläufers für das zweite Materials, das in das Innere des ersten Materials eingeführt worden ist, das zweite Material in der Weise eingeführt wird, dass dieses zweite Material auf der zu beschichtenden und im Innern des auf der Oberfläche angeordneten ersten Materials gebildet wird. EP 1 595 001 B1 discloses a method of coating a surface with a first material and a second material comprising methods the following steps: (i) placing the first material on the surface; (ii) introducing a precursor for the second material into the interior of the first material simultaneously with or after the step consisting of placing the first material on said surface; (iii) transforming the precursor for the second material introduced into the interior of the first material, introducing the second material such that this second material is formed on the first material to be coated and inside the surface disposed on the surface becomes.
[0047] Aus EP 0 787 223 A1 geht ein Verfahren für eine chemische Abscheidung aus der Dampfphase hervor. Es geht um die die Erkenntnisse, dass bevorzugte Zinnverbindungen Tetraaikoxyzinnverbindungen mit verzweigten Ketten beinhalten, z.B. ver- zweigtkettige Tetraaikoxyzinnverbindungen, z.B. Tetra-tert-butoxyzinn und Tetra-iso- propoxyzinn zum Einsatz kommen können. EP 0 787 223 A1 discloses a process for chemical vapor deposition. It is a matter of realizing that preferred tin compounds include branched-chain tetraacyloxytin compounds, e.g. Branched-chain tetraacyloxytin compounds, e.g. Tetra-tert-butoxy tin and tetra-isopropoxy tin can be used.
[0048] DE 10 080 457 T5 umfasst ein Verfahren zur Erstellung von Wolframnitrid, weiches die Reaktion einer Wolfram-Carbonyi-Verblndung mit Ammoniak bei einer Temperatur unterhalb ungefähr 800°C aufweist. DE 10 080 457 T5 comprises a process for preparing tungsten nitride, which comprises reacting a tungsten-carbonyl compound with ammonia at a temperature below about 800 ° C.
[0049] Durch die detaillierte Würdigung der zum Stand der Technik aufgeführten Druckschriften wird beansprucht, dass diese nun zu Recht einen integrierenden Bestandteil dieser Offenbarung bilden. It is claimed by the detailed appreciation of the documents cited in the prior art that they now rightly form an integral part of this disclosure.
Darstellung der Erfindung Presentation of the invention
[0050] Der Erfindung, wie sie in den Ansprüchen gekennzeichnet ist, liegt die Aufgabe zugrunde, bei mindestens einem Verfahren, Mittein zum Betreiben des Verfahrens, Erzeugnissen daraus, Anwendungen des Verfahrens oder Verwendungen der Erzeugnisse, der eingangs genannten Arten, die durch Thermodiffusionsprozesse gebildeten korrosionsschützenden Strukturen auf Substrate oder sonstige Teile, weiche Strukturen aus ein- oder mehrschichtiger Abscheidung von metallischen und/oder intermetallischen Elementen aus einer Dampfphase bestehen , in einem geschlossenen Behälter, auch Reaktor genannt, durchzuführen. The invention, as characterized in the claims, the object of at least one method, Mittein for operating the process, products thereof, applications of the method or uses of the products of the aforementioned types, by thermal diffusion processes formed corrosion-protective structures on substrates or other parts, soft structures consist of single or multi-layer deposition of metallic and / or intermetallic elements of a vapor phase, in a closed container, also called reactor to perform.
[0051 ] Dabei wird zugrunde gelegt, dass eine intermetallische Verbindung (genauer intermetallische Phase) eine homogene chemische Verbindung ist, welche aus zwei oder mehr Metallen gebildet wird . Solche Verbindungen weisen im Unterschied zu Legierungen Gitterstrukturen auf, die sich von denen der konstituierenden Metalle unterscheiden. In ihrem Gitter herrscht eine Mischbindung aus einem metallischen Bindungsanteil und geringeren Atombindungs- bzw. lonenbindungsanteilen, die in Überstrukturen resultiert. It is based on the assumption that an intermetallic compound (more precisely intermetallic phase) is a homogeneous chemical compound which is formed from two or more metals. In contrast to alloys, such compounds have lattice structures which differ from those of the constituent metals. In their lattice, there is a mixed bond of a metallic bond fraction and lower atomic bonding or ion-binding components, which results in superstructures.
[0052] Zur Optimierung dieser Prozesse innerhalb des Reaktors durchlaufen die zu behandelnden Gross- resp. Kleinteile vor und nach deren Behandlung im Reaktor verschiedene qualitätssichernde Prozesse, auf weiche weiter unten näher eingegangen wird. To optimize these processes within the reactor, the large resp. Small parts before and after their treatment in the reactor different quality assurance processes, which will be discussed in more detail below.
[0053] Im Wesentlich lassen sich durch die erfindungsgemässe Thermodiffusion folgende Vorteile erzielen: a) Bei höchstem anorganischem Korrosionsschutz, hält die Korrosionsschutzfestigkeit mindestens zweimal länger als dies beispielsweise bei der Feuerverzinkung oder bei ähnlich gelagerten Verfahren der Fall ist; b) Es wird eine starke Adhäsionsverbindung der aufgebrachten Schichten gewährleistet, ohne Rissbildungen, Ablösungen (Abblätterung) und Brüche, und dies über die ganze Bandbreite der möglichen Schichtdicken von 1 -120 μηι; c) Wenn in dieser Beschreibung dann aus praktischen Überlegungen hinsichtlich einer schlanken Diktion von einer Schichtdicke die Rede ist, so darf damit niemals die Meinung aufkommen, dass damit auch anderweitige Überzüge verstanden werden könnten, denn gerade das Wesen der hier verfolgte Thermodiffusion besteht darin, dass sich das -bespieisweise- eingesetzte Zink nicht nur auf die zu schützende Oberfläche niederschlägt, sondern dieses Element darüber hinaus in die Metallstruk- tur des Substrats eindringt, womit dann eine Zink/Eisenlegierung gebildet wird. d) Durch die thermodiffusionsbedingte metailstrukturbezogene Verbindung finden auch bei Biege-, Zug-, Druck-, oder Scherbeanspruchungen des Teils keine Rissbildungen und/oder Ablösungen (Abblätterung) dieser Schicht statt, auch weil eine ma- ximierte Adhäsion der eindiffundierten Elemente stattgefunden hat, wobei diese Vorteile auch bei grossen Reibungsbeanspruchungen des Grundmaterials feststellbar sind. Diese Vorteile lassen sich insbesondere bei Verbindungs- oder Strukturteilen beobachten, was auch bei kraftübertragenden Teilen (Schrauben, Nieten, Muttern, etc.) festzustellen ist. e) Beim Einsatz der erfindungsgemässen Thermodiffusion iässt sich erzielen, dass bei sicherheitsrelevanten Bauteilen die Gewährleistung der Masstoieranzen und Anzugsmomente gesichert ist, f) Beim Einsatz der erfindungsgemässen Thermodiffusion Iässt sich des Weiteren erzielen, dass die damit behandelten Teile eine Erhöhung ihrer Dukiilität erfahren, welche die Teile„elastischer" macht, ohne damit die ursprünglichen Festigkeitswerte dieser Teile für ihren weiteren Gebrauch wesentlich negativ zu beeinflussen. g) Grundsätzlich ist es so, dass sich die zwei genannten Ergebnisse aus der erfindungsgemässen Thermodiffusion, nämlich Korrosionsschutz und Dukfilität, alternativ oder kumulativ innerhalb einer grossen Schicht-Bandbreite alternativ oder kumulativ erzielen lassen. Essentially, the following advantages can be achieved by the thermal diffusion according to the invention: a) With the highest inorganic corrosion protection, the corrosion protection strength lasts at least twice longer than is the case, for example, with hot-dip galvanizing or similar methods; b) A strong adhesion bond of the applied layers is ensured, without cracking, delamination (delamination) and fractures, and this over the entire range of the possible layer thicknesses of 1 to 120 μηι; c) If in this description, for practical reasons, a slender diction is referred to as a layer thickness, then never the It is the opinion that other coatings could be understood as well, because the very essence of the thermal diffusion pursued here is that the zinc used, not only affects the surface to be protected, but also this element in the metal structure penetrates the substrate, which then a zinc / iron alloy is formed. d) Due to the thermodiffusion-related metailstrukturbezogene connection no cracking and / or detachment (exfoliation) of this layer take place even under bending, tensile, compressive or shearing stresses of the part, also because a maximized adhesion of the diffused elements has taken place These advantages are noticeable even at high frictional stresses of the base material. These advantages can be observed in particular in connection or structural parts, which is also found in force-transmitting parts (screws, rivets, nuts, etc.). e) When using the thermal diffusion according to the invention, it can be achieved that the measurement tolerances and tightening torques are ensured in the case of safety-relevant components. f) When using the thermal diffusion according to the invention, it can further be achieved that the parts treated therewith experience an increase in their dukility, which the Makes parts "elastic", without significantly adversely affecting the original strength values of these parts for their further use g) Basically, the two results mentioned from the thermal diffusion according to the invention, namely corrosion protection and dukfilicity, are alternative or cumulative within one large layer bandwidth can be achieved alternatively or cumulatively.
Weitere Vorteile der Erfindung sind darin zu sehen: h) Es wird eine gleichmässige Schichtdicke auch bei komplizierten Geometrien über die ganze Ausdehnung der Teile gewährleistet. i) Verschleissschutz, Schutz vor Festfressen, glatter Überzug sind gewährleistet. j) An sich sind die durch Thermodiffusion erstellten Schichten gut geeignet, zum Einsatz zu gelangen, wenn im Nachgang punktuelle Flächen mit anderweitigen Überzügen, beispielsweise von organischen Verbindungen (Lacke, Vulkanisation der Teile, etc.) gefragt sind. Indessen, falls eine durch Thermodiffusion erstellte Schicht mit einem solchen zusätzlichen Überzug ergänzt werden soilte, so ist darauf zu achten, dass die hierfür eingesetzten Temperaturen nicht über die Schmelzgrenze von Zink gehen, damit schliesslich keine nachteilige thermische Belastung auf die eindiffundierten Elemente resultieren. k) Die erfindungsgemässe Thermodiffusion ist frei von Schwermeiallen oder anderen toxischen Stoffen; es werden ausschliesslich umweltfreundliche Prozesse zugrundegelegt; es entstehen keine Abwasser- oder Abluftproblematiken ; es werden keine organischen Lösungsmittel eingesetzt; die Prozesse laufen wasserstofffrei ab. Further advantages of the invention can be seen therein: h) It ensures a uniform layer thickness even with complicated geometries over the entire extent of the parts. i) Wear protection, seizure protection, smooth coating are guaranteed. j) By itself, the layers produced by thermal diffusion are well suited to be used when in the aftermath of punctual areas with other coatings, such as organic compounds (paints, vulcanization of parts, etc.) are in demand. However, if a layer created by thermal diffusion should be supplemented with such an additional coating, it should be ensured that the temperatures used for this do not exceed the melting limit of zinc, so that finally no disadvantageous thermal load on the diffused elements results. k) The thermal diffusion according to the invention is free of heavy metals or other toxic substances; only environmentally friendly processes are used; there are no sewage or exhaust air problems; no organic solvents are used; the processes are hydrogen-free.
I) Wie oben bereits kurz angetönt, weist die erfindungsgemässe Thermodiffusion gegenüber den herkömmlichen Beschichtungsverfahren zum Zwecke eines Korrosionsschutzes, beispielweise durch Feuerverzinken, den Vorteil auf, dass eine deutlich bessere Verschleiss- und Korrosionsfestigkeit angeboten werden kann, weil unter anderen mit einer verhältnismässig niedrigen Prozesstemperatur gearbeitet wird, wodurch die Behandlungsmöglichkeit von Sonderteilen , wie Federn, etc., ohne Verlust ihrer mechanischen und physikalischen Eigenschaften und Festigkeiten, möglich ist. I) As already briefly tinged above, the inventive thermal diffusion over the conventional coating method for the purpose of corrosion protection, for example by hot-dip galvanizing, the advantage that a much better wear and corrosion resistance can be offered, because, among other things, worked with a relatively low process temperature which makes it possible to treat special parts such as springs etc. without losing their mechanical and physical properties and strengths.
[0054] So gesehen wird erfindungsgemäss ein Verfahren zur Aufbringung einer Schichtstruktur durch Thermodiffusion auf eine metallische Oberfläche eines Sub- strats in einem gesteuerten und/oder geregelten („open-loop control proces- ses"/"closed-loop control processes") Reaktor beschrieben, wobei die aufgebrachte Schichtstruktur auf die metallische Oberfläche des Substrats aus wenigstens einer Lage oder aus mindestens zwei gleichen oder unterschiedlichen Lagen gebildet wird . Die Lagen verlaufen zueinander parallel oder quasi-parallel zur urspünglichen Oberfläche des Substrats. Die der Thermodiffusion unmittelbar exponierte Oberfläche des Substrats weist ihrerseits mindestens eine metallische Schicht auf. wobei mindestens diese Schicht im Reaktor mit einer Wärmezufuhr beaufschlagt wird, wobei die Wärmezufuhr im Reaktor darüber hinaus eine metallische und/oder intermetallische Dampfphase injiziert, über welche durch Thermodiffusion die Erzeugung der Seen in this way, according to the invention, a method for applying a layer structure by thermal diffusion onto a metallic surface of a substrate is disclosed. Strat in a controlled and / or regulated ("open-loop control processes" / "closed-loop control processes") described reactor, wherein the applied layer structure on the metallic surface of the substrate of at least one layer or at least two identical or The layers are parallel to one another or quasi-parallel to the original surface of the substrate The surface of the substrate directly exposed to the thermal diffusion in turn comprises at least one metallic layer, whereby at least this layer in the reactor is supplied with a heat supply Heat input in the reactor beyond a metallic and / or intermetallic vapor phase injected, via which by thermal diffusion, the generation of the
Schichtstruktur eingeleitet wird . Layer structure is initiated.
[0055] Die zum Einsatz gelangenden Werkstoffe, welche einerseits die unmittelbar exponierte metallische Oberfläche des Substrats und andererseits die metallischen und/oder intermetallischen Lagen der eindiffundierten Schichtstruktur bilden, sind aufeinander abgestimmt, wobei die einzelnen Lagen durch eine zeitlich gesteuerte und/oder geregelte Wärmezuführung prozessfortlaufend oder quasi-fortlaufend gebildet werden, und wobei diese Lagen aus gleichen oder unterschiedlichen metallischen und/oder intermetallischen Werkstoffen oder Legierungen bestehen und gleiche oder unterschiedliche Schichtdicken aufweisen. The materials used, which on the one hand form the immediately exposed metallic surface of the substrate and on the other hand the metallic and / or intermetallic layers of the diffused layer structure, are matched to each other, wherein the individual layers by a temporally controlled and / or controlled heat supply process continuous or quasi-continuously formed, and wherein these layers of the same or different metallic and / or intermetallic materials or alloys and have the same or different layer thicknesses.
[0056] Mindestens die letztaufgebrachte Lage weist physikalische und/oder chemische Eigenschaften auf, welche einen maximierten Korrosionsschutz bilden. Mindestens die letztaufgebrachte Lage weist dann eine Tenazität gegen biegebedingte Rissbildungen oder Abblätterung auf, wobei diese Tenazität mindestens gleich oder grösser ist als die aus der thermischen Behandlung des Substrats resultierende Duktili- tätszunahme der Teile. At least the last applied layer has physical and / or chemical properties which provide maximized corrosion protection. At least the last-applied layer then has a tenacity against bending-induced cracking or delamination, this tenacity being at least equal to or greater than the ductility increase of the parts resulting from the thermal treatment of the substrate.
[0057] Vorliegend wird also unter Tenazität lediglich das Haftungsvermögen der aufgebrachten Schichtstruktur verstanden, resp. dessen Zähigkeit gegen eine qualitative Einbusse hinsichtlich der aufgebrachten Lage(n) im Verlaufe deren mechanische und/oder chemische Belastung. In the present case, tenacity is understood to mean only the adhesiveness of the applied layer structure, resp. its tenacity against a qualitative Losses with respect to the applied layer (s) in the course of their mechanical and / or chemical stress.
[0058] Bei mehreren vorhandenen aus verschiedenen Werkstoffkombinationen gebildeten Schichtlagen, werden monotone und/oder periodisch alternierende Abfolgen zugrundegelegt. In the case of several existing layer layers formed from different material combinations, monotonous and / or periodically alternating sequences are used.
[0059] Somit können im Interesse einer Erhöhung der Duktilität beim thermisch fertigbehandelten Substrat ohne weiteres leichte physikalische Flexionen in Kauf genommen werden. Die Duktilität definiert sich als die gesamte plastische Verformung, zwischen RP 0,2 und der Bruchdehnung. Dies ist aber nicht weiter einschränkend, als die Festigkeiten des zugrundeliegenden Materials des Substrats, vorzugsweise eines warmgeformten gehärteten Struktur- oder Sicherheitsbauteils, nach wie vor hoch bleibt; demgegenüber liegen dann aber Struktur- und Sicherheitsbauteile vor, welche den Faltenwurf maximiert ermöglichen, was bei vielen Anwendungen entscheidend ist. Thus, in the interest of increasing ductility in the thermally finished substrate, slight physical inflexions can readily be accepted. The ductility is defined as the total plastic deformation, between RP 0.2 and the elongation at break. However, this is not further limiting than the strengths of the underlying material of the substrate, preferably a thermoformed cured structural or safety component, remains high; In contrast, structural and safety components are then available, which maximize drape, which is crucial in many applications.
[0060] Es hat sich somit überraschend gezeigt, dass durch das erfindungsgemässe Verfahren eine wesentliche Steigerung der Streckgrenze erreicht werden kann. Insbesondere bei der Anwendung der Substrate für Karosseriebauteile, aber nicht nur, bleibt die dabei einhergehende Abnahme der Zugfestigkeit ohne Bedeutung, denn diese spielt bekanntlich für die Auslegung der Konstruktion auf Grund des Einsatzes hochwertiger Materialien mit überschiessenden physikalischen Materialwerten nur eine untergeordnete Rolle. Die Bruchdehnung nimmt durch das erfindungsgemässe Verfahren nur unwesentlich ab, dies in der Grössenordnung von wenigen Prozentpunkten. Dagegen zeigt sich aber eine deutliche Verminderung der Rissempfindlichkeit im Vergleich der Brucheinschnürungswerte. It has thus surprisingly been found that a substantial increase in the yield strength can be achieved by the inventive method. In particular, in the application of the substrates for body parts, but not only, the concomitant decrease in tensile strength remains irrelevant, because this is known to play only a minor role in the design of the construction due to the use of high quality materials with excess physical material values. The elongation at break decreases only insignificantly by the inventive method, this in the order of a few percentage points. On the other hand, however, there is a clear reduction in the sensitivity to cracking compared to the fracture necking values.
[0061 ] Damit lassen sich Karosseriebauteile, aber nicht nur, zur Verfügung stellen, welche hinsichtlich des eingesetzten Materials nach wie vor das Prädikat„hochfest" haben, aber sich grösstmöglich duktil verhalten, damit sich bei hohen Crashkräften Faltenbeulen (Faltenwurf) ausbilden können , anstatt schlicht zu reissen oder Risse zu bilden, welche dann auch die Struktur der Oberflächenbeschichtung in Mitleidenschaft ziehen würden (siehe auch oben unter dem Begriff„Tenazität"), Diese Resultate konnten durch eingehende Versuche für aile Struktur- und Sicherheitsbauteile bestätigt werden . This makes it possible to provide body components, but not only, which still have the predicate "high-strength" in terms of the material used, but behave as ductile as possible, so that they can withstand high crash forces Instead of simply tearing or forming cracks, which would then also affect the structure of the surface coating (see also above under the term "tenacity"), these results could be achieved through in-depth experiments for all structural and structural problems Safety components are confirmed.
[0062] Wenn von einem hochfesten Teil die Rede ist, so wird beispielsweise, also nicht abschliessend, auf einen hochfesten Stahl hingewiesen, dessen Zusammensetzung die folgenden Gewichtsprozente aufweist: Kohlenstoff (C) 0,18% bis 0,3%; Silizium (Si) 0,1 % bis 0,7%; Mangan (Mn) 1 ,0% bis 2,5%; Phosphor (P) maximal 0,025%; Chrom (Cr) bis 0,8%; Molybdän (Mo) bis 0,5%; Schwefel (S) maximal 0,01 %; Titan (Ti) 0,02% bis 0,05%; Bor (B) 0,002% bis 0,005%; Aluminium (AI) 0,01 % bis 0,06%; Rest Eisen einschliesslich schmeizungsbedingter Verunreinigungen, wobei nach der Wärmebehandlung bei 320° bis 400° C eine Zugfestigkeit Rm von 1200 bis 1400 N/mm2, eine Streckgrenze Rpo.a von 950 bis 1250 N/mm2 und eine Dehnung As von 6-12% aufweist, When referring to a high strength part, for example, and not by way of limitation, reference is made to a high strength steel whose composition has the following weight percents: carbon (C) 0.18% to 0.3%; Silicon (Si) 0.1% to 0.7%; Manganese (Mn) 1, 0% to 2.5%; Phosphorus (P) maximum 0.025%; Chromium (Cr) to 0.8%; Molybdenum (Mo) to 0.5%; Sulfur (S) maximum 0.01%; Titanium (Ti) 0.02% to 0.05%; Boron (B) 0.002% to 0.005%; Aluminum (AI) 0.01% to 0.06%; Remainder of iron, including impurities caused by stripping, wherein after the heat treatment at 320 ° to 400 ° C a tensile strength Rm of 1200 to 1400 N / mm 2 , a yield strength Rpo.a of 950 to 1250 N / mm 2 and an elongation As of 6-12 % having,
[0063] Nicht abschliessend in diesem Kontext heisst, dass auch andere Metalle/Materialien mit denselben Vorteilen zum Einsatz gelangen können . Not conclusive in this context means that other metals / materials can be used with the same advantages.
[0064] Die Betriebstemperatur für die Wärmebehandlung des Substrats im Reaktor und für die Durchführung der Thermodiffusion erfolgt zwischen 200° und 500°C, vorzugsweise zwischen 280°-380°C. Versuche haben ergeben, dass der thermische Betrieb unter Anwendung der letztgenannten Spanne (280° - 380°C) die besten Resultate hinsichtlich einer Maximierung der Duktilität bei Substraten für den Einsatz als Struktur- und Sicherheitsbauteile und hinsichtlich der Erzielung einer haftungssicheren tenazitätskonformen Aufbringung der Schichtstruktur geliefert hat. The operating temperature for the heat treatment of the substrate in the reactor and for carrying out the thermal diffusion takes place between 200 ° and 500 ° C, preferably between 280 ° -380 ° C. Experiments have shown that thermal operation using the latter range (280 ° -8080 ° C.) gives the best results in terms of maximizing ductility in substrates for use as structural and safety components and in achieving adhesion-secure tenacity conformal application of the layer structure Has.
[0065] Weitere Versuche haben darüber hinaus auch noch aufgezeigt, dass bei bestimmten metallischen Schichtstrukturen mit einer wertmässigen Wärmebehandlung ausserhalb der letztgenannten Spanne gearbeitet werden muss, um eine haftungssichere tenazitätskonforme Schichtstruktur zu erzielen, wobei die Versuche ferner aufgezeigt haben, dass bei höheren Temperaturen über 350°-380°C die Problematik einer zu starken Herabsetzung der Zugfestigkeit und Härte beim Substrat auftreten kann. Durch eine metallurgische Anpassung des Materials lassen sich aber diese Nachteile leicht beheben. In addition, further experiments have also shown that in certain metallic layer structures with a value-based heat treatment must be worked outside the latter range to achieve an adhesion-resistant tenancy-compliant layer structure, the experiments have also shown that at higher temperatures above 350 ° -380 ° C, the problem of excessive reduction in tensile strength and hardness in the substrate may occur. By a metallurgical adaptation of the material but these disadvantages can be easily eliminated.
[0066] In diesem Zusammenhang sei hervorgehoben, dass es bei zwei oder mehreren Lagen vorteilhaft ist, wenn die metallische Zusammensetzung der ersten unmittelbar auf der metallischen Oberfläche des Substrats angebrachten Lage durch ein maximiertes metallisches Haftungsvermögen charakterisiert ist, und dass sich diese metallische Zusammensetzung auch haftungsmässig dann optimal gegenüber der nachfolgenden Schicht verhält, wobei die letztgenannte die beste Voraussetzung für die äussere schützende Schicht des Substrats erbringen muss. Können diese zweiseitigen Haftungserwartungen (untere Schicht gegenüber oberer Schicht) nicht optimal erfüllt werden, so kann mit Zwischenschichten gearbeitet werden, welche wiederum im fortlaufenden Betrieb innerhalb des Reaktors aufgebracht werden können. In this connection, it should be emphasized that in the case of two or more layers it is advantageous if the metallic composition of the first layer applied directly to the metallic surface of the substrate is characterized by a maximized metallic adhesion, and that this metallic composition is also adhesive then optimally relative to the subsequent layer, the latter having to provide the best condition for the outer protective layer of the substrate. If these two-sided liability expectations (lower layer compared to upper layer) can not be optimally fulfilled, it is possible to work with intermediate layers, which in turn can be applied in continuous operation within the reactor.
[0067] Was die Zusammensetzung der Lagen betrifft, so soll mindestens eine Lage der Schichtstruktur aus einem metallischen Dreiphasensystem bestehen, nämlich aus Al/Zn/Mg, wobei Zn als Hauptreaktionspartner einen Anteil ä 60% aufweist, AI 1 - 39% und Mg die Restanz zu nahezu 100% oder auch zu 100%, wobei mindestens eine Lage der Schichtstruktur aus einem individuellen oder zusätzlichen metallischen Phasensystem bestehend aus Ti und/oder Sn zusammengesetzt oder mindestens eine Lage der Schichtstruktur aus einem individuellen oder zusätzlichen metallischen Phasensystem aus AI3N 12 oder A Ni ergänzt werden kann. As far as the composition of the layers is concerned, at least one layer of the layer structure should consist of a three-phase metal system, namely Al / Zn / Mg, where Zn as the main reaction partner has a content of 60%, Al 1-39% and Mg Restanz to nearly 100% or even 100%, wherein at least one layer of the layer structure composed of an individual or additional metallic phase system consisting of Ti and / or Sn or at least one layer of the layer structure of an individual or additional metallic phase system of AI3N 12 or A. Ni can be added.
[0068] Demnach lassen sich auch Verfahren zur Herstellung von Zink-beschichteten Nichteisenmetall-Bauteilen (NE Metall) vorsehen (siehe oben im Zusammenhang mit der Darlegung eines hochfesten Stahls), welche insbesondere für die Fertigung kor- rosionsgeschüizter Karosseriebauteile in Mischbauweise eignen, wobei die Be- schichtung auf die Nichteisenmefaii-Bauieiie grundsätzlich auch durch ein Zinkdiffusionsverfahren unter Anwendung einer Zn-Staub-Mischung bei einer Temperatur im Bereich von 300° bis 600° C, vorzugsweise von 280°-380° C, unter Bildung einer Zinkdiffusionsschicht aufgebracht wird. Als Nichteisenmetall wird beispielsweise, aber nicht abschliessend, eine Leichtmetalllegierung auf der Basis einer AI-, Ti-, oder ivlg-Legierungen angewendet. Die Leichtmetalliegierung weist einen Ai-Gehait oberhalb 55 Gew.-% auf. Accordingly, it is also possible to provide processes for the production of zinc-coated non-ferrous metal components (NE metal) (see above in connection with the description of a high-strength steel), which are used in particular for the production. In principle, the coating on non-ferrous building blocks is also suitable for a zinc diffusion method using a Zn dust mixture at a temperature in the range from 300 ° to 600 ° C., preferably from 280 ° -380 ° C. is applied to form a zinc diffusion layer. As a non-ferrous metal, for example, but not exclusively, a light metal alloy based on an Al, Ti, or ivlg alloys is used. The Leichtmetalliegierung has an Ai Gehait above 55 wt .-%.
[0069] im Nachgang lässt sich nach Bedarf auf Zn-Thermodiffusionsschicht eine Phosphatierungsbeschichtung aufbringen. Als Nichteisenmetailbauteile lassen sich auch Kupfer oder Cu-Legierungen, ebenso AI-, Ti-, Mg-Legierungen vorsehen. Die biechförmigen Nichteisenmetailbauteile können nach der Beschichtung durch Tiefziehen weiter umgeformt oder fertig erstellt werden. Eine Warmumformung dieser Nicht- metailbauteiie ist auch möglich, sowohl vor als auch nach der Beschichtung, wobei diese Umformung an Luft oder unter Schutzgasatmosphäre durchgeführt werden kann, Subsequently, a phosphating coating can be applied as needed to the Zn thermal diffusion layer. Non-ferrous metal parts can also be copper or copper alloys, as well as Al, Ti, Mg alloys. The bow-shaped non-ferrous metal parts can be further formed after the coating by deep drawing or finished. Hot forming of these non-metallic components is also possible, both before and after the coating, wherein this shaping can be carried out in air or under a protective gas atmosphere,
[0070] Dadurch, dass das Leichtmetallbauteil selbst eine Zinkdiffusionsschicht trägt, wird der unmittelbare Kontakt zwischen Leichtmetall- und StahlbauteiSe an den Fügestellen unterbunden. Sollte aber die Reibung bei diesen Kontaktstellen grösser ausfallen als berechnet, so Hesse sich beispielweise dadurch Abhilfe schaffen, indem die Fügestellen zusätzlich lackbeschichtet werden. In allen Fällen lassen sich die Leichtmetall- und Stahibauteüe durch ein Schweissverfahren aneinander verbinden. Characterized in that the light metal component itself carries a zinc diffusion layer, the direct contact between light metal and StahlbauteiSe is prevented at the joints. However, if the friction at these contact points is greater than calculated, Hesse can remedy this, for example, by additionally lacquer coating the joints. In all cases, the light metal and steel components can be joined together by a welding process.
[0071 ] Die Betriebstemperatur im Reaktor für die Wärmebehandlung des Substrats und für Durchführung der Thermodiffusion liegt, wie bereits oben dargelegt, zwischen 200° und 500°C, vorzugsweise zwischen 280° und 380° C. Diese Operationen werden über eine Zeitraumsession von < 0.5 h bis 4,0 h vorgenommen. Diese Zeit- raumsession umfasst eine Aufheizphase und eine Haltephase, wobei sich die Aufheizphase über einen Zeitraum von 0.5 h bis 2 h , und sich die Haltephase über einen Zeitraum von 0 h bis 2 h erstrecken. The operating temperature in the reactor for the heat treatment of the substrate and for carrying out the thermal diffusion is, as already stated above, between 200 ° and 500 ° C, preferably between 280 ° and 380 ° C. These operations are over a period of time session of <0.5 h up to 4.0 h. This time- Room session includes a heating phase and a holding phase, wherein the heating phase over a period of 0.5 h to 2 h, and the holding phase over a period of 0 h to 2 h extend.
[0072] Die beiden Phasen lassen sich auch intertemporär gestuft aufeinander folgend betreiben, so dass eine strenge zweiphasige Folge dann nicht mehr im Vordergrunde steht. Der wesentliche Vorteil einer solchen Vorgehensweise besteht darin, dass die thermische Wirkungsweise auf die Substrate nach Bedarf gezielter eingebracht werden kann. The two phases can also be operated intertemporarily in a sequential manner, so that a strict two-phase sequence is then no longer in the foreground. The main advantage of such a procedure is that the thermal effect can be more targeted to the substrates as needed.
[0073] Die nachfolgende Abkühlungsphase des Substrats erfolgt dann in einem individuell festgelegten Zeitraum, der in einem Fall kleiner oder gleich 1 h und in einem anderen Fall grösser 5 h betragen kann. The subsequent cooling phase of the substrate then takes place in an individually defined period of time, which may be less than or equal to 1 h in one case and greater than 5 h in another case.
[0074] Der Innenraum des Reaktors, in dem das oder die Substrate einer Wärmebehandlung unterworfen sind , und diese Substrate durch Thermodiffusion mit einer Schichtstruktur ergänzt werden, wird bei einer Betriebstemperatur zwischen 280° und 380° C mit einem anfänglichen Sauerstoffgehalt von > 1 Vol. % gefahren , wobei der Reaktor mit einen Überdruck oder mit einem Unterdrück betrieben wird, d.h. kontinuierlich mit einem leichten Überdruck, deutlich unter 1 .5 bar, vorzugsweise zwischen 1 ,01 und 1 .5 bar, oder kontinuierlich mit einem Unterdruck zwischen 1 und 20 mbar. The interior of the reactor in which the substrate or substrates are subjected to a heat treatment, and these substrates are supplemented by thermal diffusion with a layer structure, is at an operating temperature between 280 ° and 380 ° C with an initial oxygen content of> 1 vol. % driven, wherein the reactor is operated with an overpressure or with a negative pressure, ie continuously with a slight overpressure, well below 1 .5 bar, preferably between 1, 01 and 1 .5 bar, or continuously with a negative pressure between 1 and 20 mbar.
[0075] Mindestens eine Lage weist eine Schichtdicke von 1 -120 pm, vorzugsweise 1 - 20 pm, auf. Bei mehreren Lagen verlaufen diese untereinander regelmässig, quasiregelmässig oder unregelmässig in X/Y/Z-Richtung des Substrats. Legt man einen vertikalen Schnitt durch die Oberfläche der Substrate an, so lässt sich feststellen, dass die Lagen flach, zackig oder onduliert zueinander verlaufen und/oder die Lagen übereinander verlaufen können, diskret wellenförmig oder phasenverschoben zueinander stehen. Die Messung erfolgt durch X-Ray oder magnetisch (Permascope). [0076] Der thermische Diffusionsprozess innerhalb des Reaktors erfolgt innerhalb eines vorzugsweise festgelegten Temperaturbereiches von 280° C bis bis 380° C (siehe oben), und dies während einer Zeitdauer von < 30 bis 240 min. Eine typische Gesamtzykluszeit beträgt bis zu 120 min. At least one layer has a layer thickness of 1 to 120 μm, preferably 1 to 20 μm. In the case of several layers, these run regularly with respect to one another, quasi-regular or irregular in the X / Y / Z direction of the substrate. Assuming a vertical section through the surface of the substrates, it can be seen that the layers are flat, jagged or undulating to each other and / or the layers can run over each other, discretely wavy or out of phase with each other. The measurement is made by X-Ray or magnetic (Permascope). The thermal diffusion process within the reactor takes place within a preferably fixed temperature range of 280 ° C to 380 ° C (see above), and this for a period of <30 to 240 min. A typical total cycle time is up to 120 minutes.
[0077] Wichtig in diesem Zusammenhang ist die Temperaturtoleranz während des Prozesses anzusehen, welche bei einer vorgegebenen Haltetemperatur ± 5° bis ± 20° C beträgt. Important in this context is the temperature tolerance to be considered during the process, which is at a predetermined holding temperature ± 5 ° to ± 20 ° C.
[0078] Eine wichtige Interdependenz zwischen der für den Prozess bedingten Höchsttemperatur und Umfang der Beladung des Reaktors mit Substraten besteht darin, dass die Diffusionstemperatur immer innerhalb kürzester Zeit gleichmässig im ganzen Reaktorraum erstellt werden muss. Dies bedingt, dass die Beistellung der für die Thermodiffusion optimalen Temperatur stark von der Art und Weise, wie der Reaktor thermisch aufgeladen wird, also insbesondere dann, wenn die Wärmezuführung indirekt erfolgt, beispielsweise über Heizschlangen resp. Heizelemente, welche den Reaktor teilweise oder ganz umschliessen. In diesem Zusammenhang liegt es auf der Hand, dass die Wanddicke des Reaktors einen wesentlichen Parameter für das Verfahren darstellt. Vorzugsweise soll für die Temperaturbeistellung eine Halbkreisgeometrie sowohl für die Heizelemente als auch für die Isolierung verwendet werden, dies um den Abstand zwischen den Heizelementen und der Aussenfläche des dort eingelassenen Reaktors zu optimieren. An important interdependence between the process-related maximum temperature and the extent of loading of the reactor with substrates is that the diffusion temperature must always be created uniformly within the entire reactor space within the shortest possible time. This requires that the provision of the optimal temperature for the thermal diffusion of the way in which the reactor is thermally charged, ie in particular when the heat is supplied indirectly, for example via heating coils, respectively. Heating elements, which partially or completely enclose the reactor. In this context, it is obvious that the wall thickness of the reactor is an essential parameter for the process. Preferably, for the provision of temperature, a semicircular geometry should be used both for the heating elements and for the insulation to optimize this by the distance between the heating elements and the outer surface of the reactor embedded therein.
[0079] Die effektive Heizzone muss vorzugsweise an der unteren Hälfte des rohrför- mig ausgebildeten Reaktors konzentriert werden, wo die Substrate und die für die Thermodiffusion eingebrachten Eisen- und/oder Nichteisenmetallpulver und Granulate konzentriert vorliegen. Von daher sollten Heizelemente in dem oberen Bereich des Reaktors nur mit Bedacht angeordnet werden. Die Heizelemente und die Isolierung sollten wartungsoptimal ausgelegt werden, wobei eine einfache Austauschbarkeit anzustreben ist. [0080] Eine Vergleichmässigung der im Reaktor vorherrschenden Temperatur wird dadurch erreicht, dass sich der rohrförmig ausgeblidete Reaktor während der Erwärmungsphase nach bestimmten Kriterien dreht. Die Drehrichtung und die Anzahl Umdrehungen pro Zeiteinheit lassen sich entsprechend den Reaktor-Parametern programmieren. Drehzahlen von 1 - 15 U/min sind im Normalfa!! vorgesehen. The effective heating zone must preferably be concentrated on the lower half of the tubular reactor where the substrates and the iron and / or non-ferrous metal powders and granules introduced for the thermal diffusion are concentrated. Therefore, heating elements in the upper part of the reactor should be arranged with care. The heating elements and the insulation should be designed maintenance-optimal, with a simple interchangeability is desirable. An equalization of the temperature prevailing in the reactor is achieved in that the tubular slid reactor rotates during the heating phase according to certain criteria. The direction of rotation and the number of revolutions per unit of time can be programmed according to the reactor parameters. Speeds of 1 - 15 rpm are in normal conditions !! intended.
[0081 ] Für die Überwachung der thermischen Aufbereitung ist der Reaktor mit verschiedenen Temperatursensoren ausgestattet, welche sowohl an der Aussenwand als auch im Innern des Reaktors angeordnet sind. Diese Sensoren überwachen die Temperaturveriäufe und übermitteln die gemessenen Werte an eine zentrale Steuereinheit, welche die Steuerung und Regelung des Gesamtbetriebs des Reaktors und mithin der gesamten Anlage übernimmt. For the monitoring of the thermal treatment of the reactor is equipped with various temperature sensors, which are arranged both on the outer wall and in the interior of the reactor. These sensors monitor the temperature and transmit the measured values to a central control unit, which controls and controls the overall operation of the reactor and thus the entire system.
[0082] Typischerweise wird die Aufheizung des Reaktors in drei Phasen (Heizzykien) unterteilt: Typically, the heating of the reactor is divided into three phases (Heizzykien):
« Bei Schritt 1 ist ein schnelles Aufheizen bei maximaler Leistung nach einer berechneten Heizrampe auf Solltemperatur innerhalb einer berechneten Zeit, " At step 1 is a fast heating at maximum power after a calculated heating ramp to target temperature within a calculated time,
• Bei Schritt 2 ist ein Aufheizen bei einer reduzierten Leistung der vordefi ierten Warmhaitetemperatur (innerhalb der Warmhaitetemperatur Toleranz) vorgesehen, mit dem Ziel, sich möglichst der berechneten Zeit zu nähern. • In step 2, a heating is provided at a reduced power of the predicted heat retention temperature (within the heat retention temperature tolerance) with the aim of approaching the calculated time as much as possible.
• Bei Schritt 3 geht es darum, die Aufrechterhaltung der vordefinierten Temperatur während des gesamten Betriebs zu sichern. • Step 3 is to ensure maintenance of the predefined temperature throughout the operation.
[0083] Allgemein gilt, dass der Reaktor anhand von Sfeuerungsprofiien betreibbar ist, nach folgenden Kriterien: - Die Steuerung operiert mit abgelegten Steuerungsprofilen, welche bei der Eingabe des vorzunehmenden Betriebs des Reaktors in Wirkverbindung mit dem Betrieb des Ofens abgerufen werden können; In general, the reactor can be operated on the basis of firing profiles, according to the following criteria: The controller operates with stored control profiles which can be retrieved upon entering the operation of the reactor to be carried out in operative connection with the operation of the furnace;
- Die Steuerung operiert mit freiwirkenden Steuerungsprofiien, welche sich auf Grund der von Sensoren erfassten Informationen für den Betrieb des Reaktors in Wirkverbindung mit dem Ofen fortlaufend oder adaptiv anpassen; The controller operates with free-acting control profiles which continuously or adaptively adapt to the operation of the reactor in operative connection with the furnace based on sensor-acquired information;
- Die Steuerung weist Steuerungsprofile auf, welche mit vorgegebenen Regeiungs- funktionen gekoppelt sind; The controller has control profiles which are coupled with predetermined control functions;
- Die Steuerung weist Steuerungsprofiie auf, weiche prädiktiv eingreifen. - The control has a control profile that intervenes predictively.
Die Steuerung für den Betrieb des Reaktors greift gleichzeitig auf den Betrieb des Ofens ein, wobei die beiden Aggregate in enger thermischer Wirkverbindung zueinander stehen. The controller for the operation of the reactor simultaneously intervenes on the operation of the furnace, wherein the two units are in close thermal operative connection to each other.
[0084] Die Hauptsteuerung des Reaktors resp. interdependent mit der ganzen Anlage des Systems ist auf mindestens folgende Ein- und Ausgänge programmiert, welche mit den Steuerungsprofiien in Wirkverbindung stehen und geregelt werden : The main control of the reactor resp. interdependent with the whole system of the system is programmed to at least the following inputs and outputs, which are in operative connection with the control professionals and regulated:
Fertigungsauftrag, Projektreibe, Projektnummer; Laufnummer des Auftrages; Material der Substrate; Art der Substrate; Gewicht der Substrate; Volumen der Substrate; Rezeptur für die Thermodiffusion ; Art der Teile (Bulk Teile, manuelle Teile oder Rack- Teile); Art der Belastung, kombiniert oder individuell, wobei kombinierte bedeutet, dass Teile, Granulat und Pulver für die Beladung bereit vorgemischt sind; Gewicht der Teile pro Reaktor; Maximaie Dickenabmessung der Teile (auch Eingabe unterschiedlicher Abmessungen); Anzahl der Teile (jeder Art) pro Reaktor; Gesamtmasse der Teile (berechnet aus bis zu 20 verschiedenen Teile); Gesamtmasse der Racks, die die Teile unterstützen, unter der Annahme, dass es sich um metallische Teile handelt); Die Gesamtmasse des eingeführten Granulats; Gesamtpulvermasse des für die Thermodiffusion eingesetzten Materials: Wärmehaltetemperatur, Wärmhaltezeit: Zugelassene Toleranz der Wärmhaltetemperatur; Benötigte Zeit für das Hochfahren bis die Zieltemperatur korrespondiert; Benötigte Zeit für den Durchlauf innerhalb Schritt 1 (siehe oben); Benötigte Zeit für den Durchlauf innerhalb Schritt 2 (siehe oben); Eingabe der maximalen operativen Temperatur für Schritt 1 , 2 und 3 (siehe oben); Datum und Uhrzeit des Laufes Start- und Laufstopp: Gesamtzykluszeit zwischen Lauf Start- und Laufstopp; Energieaufwand für den Heizkreislauf (in kWh); Energieaufwand für den Kühlzyklus (in kWh); Anfangsparameter für den Betrieb der übrigen Stationen des Systems, beispielweise bezogen auf den Reaktor, dessen Drehzahl, Neigungswinkel, etc. Production order, project grater, project number; Sequence number of the order; Material of the substrates; Type of substrates; Weight of the substrates; Volume of the substrates; Recipe for thermal diffusion; Type of parts (bulk parts, manual parts or rack parts); Type of load, combined or individual, where combined means that parts, granules and powders are ready premixed for loading; Weight of parts per reactor; Maximaie Thickness dimension of the parts (also input of different dimensions); Number of parts (each type) per reactor; Total mass of parts (calculated from up to 20 different parts); Total mass of racks that support the parts, assuming that they are metallic parts is); The total mass of the introduced granules; Total powder mass of material used for thermal diffusion: Heat retention temperature, heat retention time: Allowable heat retention temperature tolerance; Time required to start up until the target temperature corresponds; Time required for the run within step 1 (see above); Time required for the run within step 2 (see above); Enter the maximum operative temperature for steps 1, 2 and 3 (see above); Date and time of the run Start and run stop: Total cycle time between run start and run stop; Energy consumption for the heating circuit (in kWh); Energy consumption for the cooling cycle (in kWh); Initial parameters for the operation of the other stations of the system, for example related to the reactor, its speed, inclination angle, etc.
[0085] Die Steuerung des Reaktors muss so programmierbar sein, dass alle notwendigen Prozessdaten und Prozessabläufe als Steuerungsprofile für die verschiedenen Reaktorprozesse und für die interdependenten Aggregate der Anlage, insbesondere des Ofens, abgelegt sind oder laufend erfasst werden können. Diese Steuerungsprofile sind identifiziert und können so gezielt abgerufen werden, wobei die Software so konzipiert ist, dass bereits bei der Eingabe der verschiedenen Parameter fortlaufend zutreffende, mögliche, wahrscheinliche, prädiktive Steuerungsprofile aufgezeigt resp. angeboten werden können . The control of the reactor must be programmable so that all necessary process data and processes are stored as control profiles for the various reactor processes and for the interdependent aggregates of the system, in particular the furnace, or can be detected continuously. These control profiles are identified and can be retrieved in a targeted manner, whereby the software is designed so that already when entering the various parameters continuously applicable, possible, probable, predictive control profiles are shown resp. can be offered.
[0086] Die Anzeige der Temperaturkurve muss elektronisch erfasst und charttechnisch während des gesamten Erwärmungsprozesses wiedergegeben werden. Vorzugsweise wird diese Sichtbarkeit so konzipiert, dass alle Messzonen zur gleichen Zeit aufgezeigt werden. Fortlaufend werden die Kurvendaten in Microsoft Excel-kompatibles Format gespeichert. Der Reaktor muss so konfiguriert werden, dass die Prozessparameter zur Qualitätssicherung gesichert werden können. The display of the temperature curve must be electronically recorded and charted during the entire heating process. Preferably, this visibility is designed so that all measurement zones are displayed at the same time. The curve data is continuously saved in Microsoft Excel compatible format. The reactor must be configured so that the process parameters can be saved for quality assurance.
[0087] Alle Zonen innerhalb des Behälters sollen eine Zielhaltetemperatur von vorzugsweise 280° bis 380° C mit einer Temperaturtoleranz von ± 5° bis ± 20° C aufwei- sen. Von daher lässt es sich nach jetzigem Erkenntnisstand ohne weiteres verantworten, die Heizelemente auf eine maximale Temperatur von 650° C zu begrenzen. Die Heizelemente werden vorzugsweise auf 3 Zonen aufgeteilt: Eine erste Zone 1 erstreckt sich in etwa auf einen ersten Drittel des rohrförmig ausgebildeten Reaktors; eine zweite Zone 2 erfasst den mittleren Abschnitt des rohrförmig ausgebildeten Reaktors; eine dritte Zone 3 erfasst wiederum in etwa den letzten Drittel des rohrförmig ausgebildeten Reaktors. Diese Aufteilung sowie die hier dargelegten Strecken sind indessen nur als qualitative Angaben zu verstehen. [0087] All zones within the container should have a target holding temperature of preferably 280 ° to 380 ° C. with a temperature tolerance of ± 5 ° to ± 20 ° C. sen. Therefore, according to the current state of knowledge, it is readily responsible to limit the heating elements to a maximum temperature of 650 ° C. The heating elements are preferably divided into 3 zones: a first zone 1 extends approximately to a first third of the tubular reactor; a second zone 2 covers the central portion of the tubular reactor; in turn, a third zone 3 covers approximately the last third of the tubular reactor. However, this breakdown and the routes outlined here are to be understood as qualitative data only.
[0088] Idealerweise werden die produktbezogenen Temperaturen über aller drei Zonen innerhalb einer Toleranz mindestens von ± 20 Grad gehalten; vorzugsweise soll diese Temperaturtoleranz über alle Zonen auch während der Aufheizphase beibehalten werden. Diese Verfahrensweise gewährleistet eine gleichmässige Temperatur auch in jenen Fällen, in weichen eine ungleichmässige produktbezogene Beladung der Zonen vorhanden ist, d.h. wenn einige Zonen mehr Masse aufweisen, oder innerhalb der Zonen Teile unterschiedlicher Dicke vorhanden sind. Ideally, the product-related temperatures over all three zones are kept within a tolerance of at least ± 20 degrees; Preferably, this temperature tolerance should be maintained over all zones during the heating phase. This procedure ensures a uniform temperature even in those cases where uneven product-related loading of the zones is present, i. if some zones have more mass or parts of different thicknesses are present within the zones.
[0089] Es gilt also durch die beschriebenen Vorgaben eine ungleichmässige Erwärmung innerhalb des Reaktors zu verhindern, denn die Zonen mit mehr Masse oder dickeren Teilen benötigen eine entsprechende individuelle thermische Aufbereitung zur Vergleichmässigung der Verfahrenstemperatur über den ganzen Reaktor. It is therefore necessary to prevent uneven heating within the reactor by the described specifications, because the zones with more mass or thicker parts require a corresponding individual thermal treatment to equalize the process temperature over the entire reactor.
[0090] Sonach, die genaue Messung der Oberflächentemperatur des behältermässig ausgebildeten Reaktors sowie der Temperatur der einzelnen Produktteile in den drei Zonen ist von wesentlicher Bedeutung für das erfindungsgemässe Verfahren. Sonach, the exact measurement of the surface temperature of the tank-shaped reactor and the temperature of the individual product parts in the three zones is essential for the inventive method.
[0091 ] Der rohrförmig ausgebildete Reaktor ist während der Heiz- und Kühlphasen in einem Supportwagen platziert, der so ausgebildet ist, dass der Reaktor sich darin unbeschränkt frei drehen kann. Diese Drehbarkeit wird nach Bedarf auch während der Be- und Entladung beibehalten. Dieser Supportwagen mit dem darin platzierten Re- aktor ist so konzipiert, dass eine Einschiebung in ein nachfolgendes Prozessaggregat leicht vonstatten gehen kann , wobei in diesem Prozessaggregat die Aufheizung und/oder die anschliessende Abkühlung unter prozessoptimierten Abläufen abschliessend stattfinden. The tubular reactor is placed during the heating and cooling phases in a support car that is designed so that the reactor can freely rotate freely therein. This rotation is maintained as needed during loading and unloading. This support car with the aktor is designed in such a way that insertion into a subsequent process unit can easily take place, with heating and / or subsequent cooling taking place under process-optimized processes in this process unit.
[0092] Demnach muss der Aufbau dieses Prozessaggregats (Aufheizung/Kühlung) so gestaltet sein und eine Infrastruktur aufweisen, welche die aus der Aufheizung des Reaktors erwärmte Luft aus dem Betrieb im Prozessaggregat abgeführt werden kann; andererseits weist das Prozessaggregat eine Infrastruktur auf, welche sicherstellt, dass nach Beendigung des Thermodiffusionsverfahrens eine erste Kühlung des Reaktors nach vorgegebenen Parametern einsetzen kann, bevor der Reaktor dann in die dafür vorgesehene Kühlungsvorrichtung transferiert wird . Accordingly, the structure of this process unit (heating / cooling) must be designed and have an infrastructure that can be removed from the operation in the process unit, the heated air from the heating of the reactor air; On the other hand, the processing unit has an infrastructure, which ensures that after completion of the thermal diffusion method, a first cooling of the reactor can use according to predetermined parameters, before the reactor is then transferred to the cooling device provided for this purpose.
[0093] Sowohl die Abführung der erwärmten Luft als auch die Zuführung des zur Kühlung benötigten Luftstromes soll vorzugsweise über mehrere örtlich angeordnete Ein-/Auslässe um den Reaktor stattfinden. Um die Kühlung des Reaktors von einer Prozesstemperatur von 380° auf mindestens 50°C während einer bestimmten Zeitspanne (siehe oben) zu reduzieren, muss eine entsprechende Luftgebläseleistung zur Verfügung gestellt werden. Zu diesem Zweck lässt sich im Normalfall Umgebungsluft verwenden. Ansonsten ist die Einleitung gekühlter Luft vorzusehen. Both the removal of the heated air and the supply of the air flow required for cooling should preferably take place over a plurality of locally arranged inlets / outlets around the reactor. In order to reduce the cooling of the reactor from a process temperature of 380 ° C to at least 50 ° C for a certain period of time (see above), a corresponding air blower output must be provided. Ambient air can normally be used for this purpose. Otherwise, the introduction of cooled air should be provided.
[0094] Demnach lässt sich sagen, dass der Verlauf der thermischen Prozesse innerhalb des Reaktors kontinuierlich regelmässig, gleichförmig/ungleichförmig, prädiktiv, auf Grund laufend erhobener Prozesswerte und Parameter innerhalb des Reaktors stattfinden. Accordingly, it can be said that the course of the thermal processes within the reactor take place continuously regularly, uniformly / nonuniformly, predictively, on the basis of constantly elevated process values and parameters within the reactor.
[0095] Das Substrat durchläuft vor dessen Wärmebehandlung im Reaktor allgemein, aber nicht zwingend, die folgenden Prozessschritte: Before being heat-treated in the reactor, the substrate generally, but not necessarily, passes through the following process steps:
(i) Durch eine Kaltumformung wird ein Substrat-Rohiing geformt; (ii) Der Substrat-Rohling wird randseitig auf seine abschliessende oder annähernd abschliessende Kontur des Substrats zugeschnitten; (i) By cold working, a substrate blank is formed; (ii) the substrate blank is cut edgewise to its final or approximately final contour of the substrate;
(iii) Der zugeschnittene Substrat-Rohling wird einem thermischen Prozess unterzogen und in einem Warmumformwerkzeug pressgehärtei. Oder: (iii) The cut substrate blank is subjected to a thermal process and press-hardened in a hot-forming tool. Or:
(i) Reinigung des Ausgangs-Rohlings; (i) purification of the starting blank;
(ii) Der Ausgangs-Rohiing wird einem thermischen Prozess unterzogen und in einem Warm um form Werkzeug pressgehärtet; (ii) the starting crude is subjected to a thermal process and press-hardened in a hot-to-mold mold;
(iii) Der pressgehärtete Ausgangs-Rohling wird auf die abschliessende Randkontur des Substrats zugeschnitten. Das Substrat wird dann nach dessen Wärmebehandlung und Beschichtung im Reaktor gekühlt, gereinigt, und bei 150°-250°C während 0.5-2 h getempert wird. (iii) The press-hardened starting blank is cut to the final edge contour of the substrate. The substrate is then cooled in the reactor after its heat treatment and coating, cleaned, and annealed at 150 ° -250 ° C for 0.5-2 h.
[0098] Allgemein lassen sich die Hauptstationen der Anlage, welche die Verfahrensprozesse definieren, wie folgt zusammenfassen; a) Optional: Station zur Reinigung der Oberfläche der Substrate resp. Erzeugnisse (der eigentliche Thermodiffusionsprozess beginnt mit b) b) Station zum Laden der Substrate resp. Erzeugnisse in einen vorzugsweise rohrförmigen Reaktor. c) Station (Ofen) für die Durchführung der Thermodiffusion, unter Beisteilung einer thermischen auf den Reaktor wirkenden Energie, In general, the main stations of the plant which define the process processes can be summarized as follows; a) Optional: Station for cleaning the surface of the substrates resp. Products (the actual thermal diffusion process begins with b) b) Station for loading the substrates resp. Products in a preferably tubular reactor. c) station (furnace) for performing the thermal diffusion, with the addition of a thermal energy acting on the reactor,
Vornahme einer gezielten Abkühlung des Reaktors. e) Überführung des Reaktors zu einer Entladestation, f) Anschliessende Vornahme einer Reinigung, beispielweise Ultraschailresni- gung, und Passivierung der Substrate resp. Erzeugnisse in mindestens einer Station. f) Recycling des wärmeleitenden Füllstoffes und/oder des Sättigungsgemisches aus dem vorangehenden Prozess und Einleitung derselben in b), Make a targeted cooling of the reactor. e) transfer of the reactor to an unloading station, f) Subsequently carrying out a cleaning, for example Ultraschallailresni- tion, and passivation of the substrates, respectively. Products in at least one station. f) recycling the thermally conductive filler and / or the saturating mixture from the preceding process and initiating the same in b),
[0097] Die Erfindung betrifft des Weiteren eine Anwendung des Verfahrens, welche auf die Herstellung von Bauteilen, insbesondere Struktur und Sicherheitsbauteile, gerichtet ist, deren Einsatz eine hohe Korrosionsschutzfähigkeit und eine hohe Dukfiiität voraussetzen. Diese Bauteile werden aus warm- oder kaitumform baren Rohlingen hergesteilt, und sind vorzugsweise für Transportmittel zu Strasse, zu Bahn, zu Luft, zu Wasser bestimmt. Bei den Transportmitteln zu Strasse handelt es sich vorzugsweise um Kraftfahrzeuge, in welchen solche Struktur- und Sicherheitsbauteiie mit Vorteil eingebaut werden, und es sei auch nur darum, um die strengen Crash-Normen zu erfüllen. Vorzugsweise handelt es sich bei diesen Erzeugnissen um Hochfeste Stahl- (Eisen Metall) oder AI-Bauteile (NE Metali), welche, wie oben dargelegt, insbesondere bei Kraftfahrzeugen zum Einsatz gelangen. The invention further relates to an application of the method, which is directed to the production of components, in particular structure and safety components, whose use requires a high corrosion protection capability and a high Dukfiiität. These components are made of hot or kaitumform ble blanks, and are preferably intended for means of transport to the road, to train, to air, to water. Road transport means are preferably motor vehicles in which such structural and safety components are advantageously incorporated, and it is only to meet the strict crash standards. These products are preferably high-strength steel (iron metal) or aluminum (non-metal) components which, as stated above, are used in particular in motor vehicles.
Kurze Beschreibung der Zeichnung Short description of the drawing
[0098] Nachstehend wird die Erfindung unter Bezugnahme der Figuren der Zeichnung näher dargestellt. Alle für das unmittelbare Verständnis der Erfindung nicht wesentlichen Elemente sind weggelassen worden. Gleiche Elemente sind in den verschiedenen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen. The invention will be explained in more detail below with reference to the figures of the drawing. All elements not essential to the instant understanding of the invention have been omitted. The same elements are provided in the various figures with the same reference numerals.
[0099] In der Zeichnung zeigt: [0099] In the drawing:
Figur 1 eine integrale Gesamtansicht einer Anlage; Figur 2 eine Draufsicht der Anlage nach Figur 1 ; Figure 1 is an integral overall view of a plant; Figure 2 is a plan view of the system of Figure 1;
Figur 3 der Aufbau eines Prozessaggregats bei der Abführung der Wärme aus dem. Reaktor; Figure 3 shows the structure of a processing unit in the removal of heat from the. Reactor;
Figur 4 den Aufbau der Heizelemente für die Beisteliung des thermischen Potentials, also der thermischen Aufbereitung, für den Reaktor wobei diese Heizelemente 150 als Heizschlangen ausgebildet sind; FIG. 4 shows the construction of the heating elements for the provision of the thermal potential, ie the thermal treatment, for the reactor, wherein these heating elements 150 are designed as heating coils;
Figur 5 eine typische Zonenaufteilung innerhalb des rohrförmigen Reaktors; Figure 5 is a typical zoning within the tubular reactor;
Figur 6 eine dreidimensionale Ansicht eines typischen rohrförmigen Behälters der als, Reaktor betrieben wird. Figure 6 is a three-dimensional view of a typical tubular container operated as a reactor.
Figur 7 eine graphische Darstellung Spannung/Dehnung eines durch Thermo- diffusion behandelten Teils; Figure 7 is a graph of stress / strain of a thermo-diffusion treated part;
Figur 8 einen Reaktor-Bahnhof vor deren Beladung; FIG. 8 shows a reactor station before it is loaded;
Figur 9 eine Operation bei der Beladung des Reaktors; FIG. 9 shows an operation during loading of the reactor;
Figur 10 eine weitere Operation bei der Beladung des Reaktors; Figure 10 shows another operation in loading the reactor;
Figur 1 1 die Verschiiessoperation eines Reaktors, FIG. 11 shows the Verschiiessoperation a reactor,
Figur 12 einen sich im Einsatz befindlichen Ofen; FIG. 12 shows an oven in use;
Figur 13 ein Menü über die abrufbaren Prozesse; Figur 14 Rezept-Eingabemöglichkeit zur Erzielung von Veränderungen resp. Einstellmögiichkeiten verschiedener Prozessparameter; FIG. 13 shows a menu via the retrievable processes; Figure 14 Recipe input option to achieve changes or. Adjustment possibilities of various process parameters;
Figur 15 ein Steuerdisplay zur Überwachung der Prozesse; FIG. 15 shows a control display for monitoring the processes;
Figur 16 eine Kühlungsstaiion für die Reaktoren nach dem Thermodiffusionspro- zess; FIG. 16 shows a cooling state for the reactors after the thermal diffusion process;
Figur 17 Eine erste Etappe zur Entladung des Reaktors; Figur 18 Eine weitere Etappe zur Entladung des Reaktors; Figur 19 eine neuerliche Einfüliung des Reaktors. Figure 17 A first stage for discharging the reactor; Figure 18 Another stage for unloading the reactor; FIG. 19 shows a further insertion of the reactor.
Ausführungsbeispiele der Erfindung Embodiments of the invention
[0100] Bei der nachfolgenden Beschreibung der Figuren wird der rohrförmige Behälter, in welchem die physikalischen und chemischen Reaktionen betreffend die zugrundeliegende Thermodiffusion stattfindet, mit der Denomination„Reaktor" weiterverfolgt. In the following description of the figures, the tubular container in which the physical and chemical reactions concerning the underlying thermal diffusion take place is followed up with the denomination "reactor".
[0101 ] Figur 1 zeigt eine integrale Ansicht einer Anlage 100, welche bestimmungsge- mäss die Voraussetzung bildet, ein Verfahren zur Herstellung einer Schichtstruktur auf einer metallischen oder intermetallischen Oberfläche mindestens eines mechanisch beiasteten Teils in einem gesteuerten und/oder geregelten Reaktor durchzuführen. FIG. 1 shows an integral view of a plant 100 which, by definition, forms the prerequisite for carrying out a process for producing a layer structure on a metallic or intermetallic surface of at least one mechanically bonded part in a controlled and / or controlled reactor.
[0102] Im Wesentlichen setzt sich die Anlage 100 aus folgenden Hauptstationen zusammenfassen; Ä. Station zur Reinigung der Oberfläche der zu behandelten Teile, Essentially, the plant 100 is composed of the following main stations; Ä. Station for cleaning the surface of the parts to be treated,
B, Station zum Laden der zu behandelten Teile in einen vorzugsweise rohrförmigen Reaktor unter Beistellung der für die Durchführung der Thermodiffusion komplementär notwendigen Hilfselemente. B, station for loading the parts to be treated into a preferably tubular reactor while providing the auxiliary elements which are complementary for carrying out the thermal diffusion.
C, Station für die Durchführung der Thermodiffusion in einem Ofen, unter Einbezug des Reaktors, in weichem durch Wärmezufuhr die Äufheizung dessen Inhalt stattfindet. C, station for carrying out the thermal diffusion in an oven, with the inclusion of the reactor, in which heating takes place by heating the contents thereof.
D, Vornahme einer gezielten Abkühlung des Reaktors in einer dafür ausgelegten Kühlungsvorrichtung. D, undertaking a targeted cooling of the reactor in a cooling device designed for this purpose.
E, Überführung des Reaktors zu einer Entladestation., E, transfer of the reactor to an unloading station.,
F, Anschliessende Vornahme einer Waschung und Passivierung der behandelten Teile innerhalb mindestens einer dafür ausgelegten Station. F, Subsequent washing and passivation of the treated parts within at least one station designed for this purpose.
G, Recycling des wärmeleitenden Füllstoffes und/oder des Sättigungsgemisches aus dem vorangehenden Prozess und Einleitung derselben in B. G, recycling the thermally conductive filler and / or saturating mixture from the previous process and introducing them into B.
[01 03] Der thermische Hauptbestandteil dieser Anlage wird durch ein Heiz/Kühl-Ag- gregat 1 1 0 (siehe oben C/D), das im Heiz- oder Vorheiz-Betrieb dargestellt ist. Der thermische Diffusionsprozess findet in einem Reaktor 120 statt. Dieser Reaktor weist die Form einer rohrförmigen Tonne auf, welche in einem heizbaren Supportwagen (Laufwagen) 130 Platz findet. Der Supportwagen ist so ausgebildet, dass sich der rohrförmige Reaktor darin unbeschränkt frei drehen kann. Diese Drehbarkeit wird vorteilhaft auch während der Be- und Entladung beibehalten. Dieser Supportwagen mit dem eingelegten Reaktor weist Mittel auf, welche zunächst die Aufheizung des rohrförmigen Reaktors sichersteilen, wobei der Supportwagen 130 so konzipiert ist, dass er durch eine Einschiebung in ein nachfolgendes Prozessaggregat 140, in welchem die effektive Aufheizung stattfindet. Nach beendigtem Thermodiffusionsprozess kann in diesem Aggregat mindestens eine vorläufige Abkühlung des rohrförmig ausgebildeten Reaktors stattfindet, bevor dieser zu der Abkühlungsvorrichtung weiter transportiert wird. Mit dem Thermodiffusionsprozess finden im rohrförmigen Reaktor jene prozessorientierten thermisch geleiteten Abläufe statt, bei welchen die behandelten Teile mit einer bestimmungsgemässen Schutzschicht versehen werden. [01 03] The main thermal component of this plant is represented by a heating / cooling unit 1 1 0 (see above C / D), which is shown in heating or preheating operation. The thermal diffusion process takes place in a reactor 120. This reactor is in the form of a tubular barrel which fits into a heatable support car 130. The support car is designed so that the tubular reactor can freely rotate freely therein. This rotation is advantageously maintained during loading and unloading. This support cart with the inserted reactor has means which initially divide the heating of the tubular reactor, the support cart 130 being designed to that it by inserting into a subsequent process unit 140, in which the effective heating takes place. After completion of the thermal diffusion process, at least one preliminary cooling of the tubular reactor may take place in this unit before it is transported further to the cooling apparatus. With the thermal diffusion process, those process-oriented thermally conducted processes take place in the tubular reactor, in which the treated parts are provided with a protective layer according to the regulations.
[0104] Die Heizelemente 150 (siehe Figuren 2 und 4) im Supportwagen 130 für die Beistellung der Wärmezufuhr befinden sich gegenüber dem Reaktor vorzugsweise an der unteren Hälfte (siehe Figur 4), wo einerseits die Substrate oder sonstige Teile auf Grund der Rotation des Reaktors absenken, es sei denn der Reaktor sei so prallgefüllt, dass sich mindestens die Substrate innerhalb des Reaktors unverrückbar verhalten, weshalb hinsichtlich der Wärmezufuhr dann nur noch auf die für die Thermo- diffusion eingebrachten Elemente (Eisen- und/oder Nichteisenmetallpulver, Granulate, etc.) Rücksicht genommen werden muss. The heating elements 150 (see Figures 2 and 4) in the support carriage 130 for the supply of heat are located opposite the reactor, preferably at the lower half (see Figure 4), where on the one hand the substrates or other parts due to the rotation of the reactor lower, unless the reactor is so full that at least the substrates behave immovably within the reactor, which is why in terms of heat only on the introduced elements for the thermal diffusion (iron and / or non-ferrous metal powder, granules, etc.). ) Must be considered.
[0105] Von daher sind Heizelemente in dem oberen Bereich des Reaktors nur mit Bedacht anzuordnen. Wie oben erläutert sind solche Heizelemente allenfalls integral um den Reaktor anzuordnen, wenn durch die blosse unterseitige Aufheizung keine gleichförmige Aufheizung aller Substrate innerhalb des Reaktors stattfinden kann. Die Heizelemente und die Isolierung müssen auch wartungsoptimal ausgelegt werden, und es ist eine einfache Austauschbarkeit anzustreben. Therefore, heating elements in the upper portion of the reactor are to be arranged only with care. As explained above, such heating elements may at most be arranged integrally around the reactor if uniform heating of all substrates within the reactor can not take place due to the mere heating on the underside. The heating elements and the insulation must also be designed for optimum maintenance, and it is desirable to have a simple interchangeability.
[01 06] Eine Vergleichmässigung der im Reaktor vorherrschenden Temperatur lässt sich dadurch erreichen, dass sich der Reaktor während des Erwärmungsprozesses nach bestimmten Kriterien dreht. Die Drehrichtung und die Anzahl Umdrehungen pro Zeiteinheit lassen sich entsprechend programmieren . Versuche haben gute Resultate gezeitigt, wenn bei mittlerer Füllung des Reaktors mit einer Drehzahl von 1 -1 5 U/min operiert wird. Auch können ungleichförmige resp. ungleichmässige Rotationen des Reaktors vorsehen. [0107] Für die Überwachung der thermischen Aufbereitung innerhalb des Reaktors wird dieser mit verschiedenen Temperatursensoren ausgestattet, weiche sowohl an der Aussenwand ais auch im Innern des Reaktors angeordnet sind. Diese Sensoren überwachen die Temperaturverläufe und übermitteln die gemessenen Werte an eine zentrale Steuereinheit, welche die Steuerung und Regelung des Gesamfbetriebs der Anlage, und mithin auch die Wärmezuführung für die Aufheizung des Reaktors, übernimmt. An equalization of the temperature prevailing in the reactor can be achieved by rotating the reactor according to certain criteria during the heating process. The direction of rotation and the number of revolutions per unit of time can be programmed accordingly. Experiments have shown good results when operated at a mean filling of the reactor at a speed of 1 -1 5 U / min. Also, non-uniform resp. Provide non-uniform rotations of the reactor. For the monitoring of the thermal treatment within the reactor this is equipped with various temperature sensors, which are arranged both on the outer wall and in the interior of the reactor. These sensors monitor the temperature profiles and transmit the measured values to a central control unit, which takes over the control and regulation of the overall operation of the system, and thus also the heat supply for the heating of the reactor.
[0108] Allgemein gilt, dass der Ofen anhand von Steuerungsprofiien betrieben wird, welche nach folgenden Kriterien operieren: a) Die Steuerung operiert mit abgelegten Steuerungsprofilen, welche bei der Eingabe des vorzunehmenden Betriebs des Ofens abgerufen werden; b) Die Steuerung weist Steuerungsprofiie auf, weiche mit vorgegebenen Rege- lungsfunkiionen gekoppelt sind; c) Die Steuerung weist Steuerungsprofile auf, welche prädiktiv eingreifen; d) Die Steuerung operiert mit freiwirkenden Steuerungsprofiie, welche sich auf Grund der von Sensoren erfassten Informationen für den Betrieb des Ofens fortlaufend oder adaptiv anpassen; In general, the furnace is operated on the basis of control profiles which operate according to the following criteria: a) the control operates with stored control profiles, which are called up upon input of the operation of the furnace to be carried out; b) The controller has a control profile which is coupled to predetermined control functions; c) The controller has control profiles which intervene predictively; d) The controller operates with free-acting control profile, which adapt continuously or adaptively based on the information collected by sensors for the operation of the furnace;
[0109] Die Steuerung für den Betrieb des Ofens erfasst gleichzeitig auch den Betrieb des Reaktors, wobei beide Aggregate in einer engen thermischen Wirkverbindung zueinander stehen. The control for the operation of the furnace simultaneously detects the operation of the reactor, wherein both units are in close thermal operative connection to each other.
[01 10] Typischerweise wird der Reaktor-Heizzykius, insbesondere bei einer definierten Thermodiffusion, in drei Phasen unterteilt: Bei Schritt 1 ist ein schnelles Aufheizen bei maximaler Leistung zu einem berechneten Rampe auf Solltemperatur für eine berechnete Zeit vorgesehen. [01 10] Typically, the reactor heating cycle, in particular with a defined thermal diffusion, is divided into three phases: In step 1, a fast heat-up at maximum power to a calculated ramp to target temperature for a calculated time is provided.
Bei Schritt 2 ist ein Erhitzen bei einer reduzierten Leistung der vordefinierten Warmhaltetemperatur (innerhalb der Warmhaltetemperatur Toleranz) vorgesehen, mit dem Ziel, sich möglich der berechneten Zeit zu nähern. In step 2, heating is provided at a reduced power of the predefined holding temperature (within the holding temperature tolerance), with the aim of approaching the calculated time.
Bei Schritt 3 geht es darum, die Aufrechterhaitung der vordefinierten Temperatur während des gesamten Betriebs zu sichern. Step 3 is to ensure the maintenance of the predefined temperature throughout the operation.
[01 1 1 ] Der thermische Diffusionsprozess innerhaib des Reaktors erfolgt innerhalb eines vorzugsweise festgelegten Temperaturbereiches von 280° bis 380° C, und dies während einer Zeitdauer von < 30 bis mindestens 240 min. Eine typische Gesamtzykluszeit beträgt mindestens oder kleiner 90 Minuten. Wichtig in diesem Zusammenhang ist die Temperaturtoleranz während des Prozesses anzusehen, welche bei einer vorgegebenen Haltetemperatur eine Toleranzspanne mindestens von ± 5° bis ± 20° C aufweisen muss. The thermal diffusion process inside the reactor takes place within a preferably fixed temperature range of 280 ° to 380 ° C, and this for a period of <30 to at least 240 min. A typical total cycle time is at least or less than 90 minutes. Important in this context is the temperature tolerance to be considered during the process, which must have a tolerance range of at least ± 5 ° to ± 20 ° C at a predetermined holding temperature.
[01 12] Eine wichtige Interdependenz zwischen der für den Prozess bedingten [01 12] An important interdependence between the process-related
Höchsttemperatur und Umfang der Beladung des Reaktors mit Substraten oder sonstigen Teilen besteht darin, dass die Diffusionstemperatur immer innerhalb kürzester Zeit erreicht werden muss. Dies bedingt, dass die Beistellung der für die Thermodiffu- sion optimalen Temperatur stark von der Art und Weise, wie der Reaktor thermisch betrieben wird, also insbesondere in jenen Fällen, in welchen die thermische Aufbereitung indirekt erfolgt, beispielsweise über Heizschlangen resp. Heizelemente, welche den Reaktor in einem bestimmten Grad umgeben. In diesem Zusammenhang iiegt es auf der Hand, dass die Wanddicke des Reaktors einen wesentlichen Parameter für die thermische Aufbereitung darstellt. [01 13] Vorzugsweise soll für die Temperaturbeistellung eine Halbkreisgeometrie sowohl für die Architektur der Heizelemente als auch für die Isolierung verwendet werden, dies um den Abstand zwischen den Heizelementen und der Aussenfläche des Reaktors zu optimieren (siehe Figur 4). Wie bereits erwähnt, bleiben von diesem Grundmuster allenfalls jene Fälle ausgeschlossen, wenn durch sperrige Substrate eine vollumfängliche (pralle) Beladung des Reaktors vorliegen sollte. Maximum temperature and extent of loading of the reactor with substrates or other parts is that the diffusion temperature must always be reached within a very short time. This requires that the provision of the optimal temperature for the thermal diffusion strong of the way in which the reactor is thermally operated, ie in particular in those cases in which the thermal treatment is carried out indirectly, for example via heating coils or. Heating elements which surround the reactor to a certain degree. In this context, it is obvious that the wall thickness of the reactor is an essential parameter for the thermal treatment. Preferably, for the provision of temperature, a semicircular geometry should be used both for the architecture of the heating elements and for the insulation to optimize this by the distance between the heating elements and the outer surface of the reactor (see Figure 4). As already mentioned, at most those cases are excluded from this basic pattern, if by bulky substrates a full (plump) loading of the reactor should be present.
[01 14] Die durch die Thermodiffusion zu erzielende Schichtstruktur auf der Oberfläche der Teile wird aus wenigstens einer Lage oder aus mindestens zwei gleichen o- der unterschiedlichen Lagen gebildet. Die Lagen folgen aufeinander und sie verlaufen parallel oder quasi-parallel zur Oberfläche des Teils oder zu einer vorangehenden Lage. Mindestens die Oberflächen der im Reaktor platzierten Teile müssen mit einer Wärmezufuhr beaufschlagt, wobei diese Wärmezufuhr nicht nur von aussen herangeführt wird, sondern auch inwendig des Reaktors, also direkt, bereitgestellt werden kann. Diese Wärmezuführung wirkt auch auf die metallischen und/oder intermetallischen Werkstoffe und/oder Legierungen, welche innerhalb des Reaktors eine Dampfphase bilden, welche dann durch Thermodiffusion die Erzeugung der [01 14] The layer structure to be achieved on the surface of the parts by thermal diffusion is formed from at least one layer or from at least two identical or different layers. The layers follow one another and they run parallel or quasi-parallel to the surface of the part or to a preceding layer. At least the surfaces of the parts placed in the reactor have to be supplied with a heat supply, wherein this heat supply is not only introduced from the outside, but also inside the reactor, ie directly, can be provided. This heat supply also acts on the metallic and / or intermetallic materials and / or alloys, which form a vapor phase within the reactor, which then by thermodiffusion the generation of the
Schichtstruktur bei dem zu behandelnden Teil einleitet oder bewerkstelligt. Layer structure initiates or accomplished at the part to be treated.
[01 15] Ist die Schichtstruktur durch mehrere Lagen charakterisiert, dann werden mindestens zwei der aufeinander folgenden Lagen durch eine gesteuerte und/oder geregelte Wärmezuführung im fortlaufenden oder quasi-fortlaufenden Modus gebildet, wobei diese Lagen aus gleichen oder unterschiedlichen metallischen und/oder intermetallischen Werkstoffen und/oder Legierungen bestehen und gleiche oder unterschiedliche Schichtdicken aufweisen. Mindestens die letztaufgebrachte Lage weist physikalische und/oder chemische Eigenschaften auf, welche beim behandelten Teil einen maximierten Korrosionsschutz bilden, und wobei mindestens die letztaufgebrachte Schichtstruktur physikalische Werte gegen biegebedingte Rissbildungen o- der Abblätterung aufweist, welche Werte mindestens gleich oder grösser als die resultierende Duktilitätserhöhung aus der thermischen Behandlung der Teile sind. [01 16] Des Weiteren weist die Anlage gemäss Figur 1 noch die folgenden komplementären Aggregate auf: [01 15] If the layer structure is characterized by several layers, at least two of the successive layers are formed by a controlled and / or regulated heat supply in continuous or quasi-continuous mode, these layers being made of identical or different metallic and / or intermetallic materials and / or alloys and have the same or different layer thicknesses. At least the last-applied layer has physical and / or chemical properties which maximize corrosion protection on the treated part, and wherein at least the last-applied layer structure has physical values against bending cracking or exfoliation, which values are at least equal to or greater than the resulting ductility increase the thermal treatment of the parts are. [01 16] Furthermore, the system according to FIG. 1 also has the following complementary aggregates:
[01 17] Da ist zunächst ein mit Geräten ergänztes Karussell 160 ersichtlich, das als Ladestation fungiert, und gleichzeitig auch als Entiadestation dient. Hier findet das Befüllen und Entleeren des rohrförmigen Behälters, also des Reaktors 120, mit Teilen statt, der dann in Position gebracht wird, wobei dieser Behälter jene Infrastruktur aufweist, um später die Funktion eines Reaktors erfüllen zu können. Das Karussell bildet die Basis für die Aufnahme des Supportwagens 130 mit dem darin platzierten rohrförmigen Reaktor 120. Andere nicht näher gezeigte Aniagelayouts, beispielsweise Krane oder Robotics, können als komplementäre Hilfsmittel vorgesehen werden. [01 17] First of all, a carousel 160 supplemented with devices can be seen, which functions as a charging station and at the same time also serves as a loading station. Here takes place the filling and emptying of the tubular container, ie the reactor 120, with parts instead, which is then brought into position, said container having those infrastructure to later fulfill the function of a reactor can. The carousel forms the basis for receiving the support carriage 130 with the tubular reactor 120 placed therein. Other trailer layouts not shown in detail, for example cranes or robots, can be provided as complementary aids.
[01 18] Links davon, also stromauf des Karussells 160, wirkt eine hier summarisch dargestellten Veriadeeinrichtung 170, welche die Beschickung des Reaktors 120 mit Substraten und/oder Teilen vornimmt. Für eine nähere Darlegung des ganzen Beladungsvorgangs wird auf die Figuren 9-1 1 verwiesen. [01 18] To the left thereof, ie upstream of the carousel 160, acts a Veriadeeinrichtung 170 shown here in summary, which carries out the loading of the reactor 120 with substrates and / or parts. For a more detailed explanation of the entire loading process, reference is made to FIGS. 9-1.
[01 19] In Wirkverbindung mit dem Wärme/Kühi-Aggregat (siehe auch Figur 12), also des eigentlichen Ofens 1 10, ist eine komplementäre Baugruppe 180 vorhanden, welche aus folgenden Subaggregaten besteht: [01 19] In operative connection with the heat / cooling unit (see also FIG. 12), ie of the actual furnace 110, a complementary assembly 180 is present, which consists of the following subaggregates:
[0120] Aus einem Vibrationsgerät 181 und einem Separator 182, welche die Trennung von Granulaten und Pulver, beispielsweise aus AL-Granulaten, Füllmaterialien und Pulverresten vornehmen. Diese Subaggregate 181 /182 sorgen dafür, dass die Trennung der„verbrauchten" AL-Granulaten, Füilmaterialien und Pulverreste effizient stattfindet. Es ist indessen vorteilhaft vorzusehen und bei Bedarf anzuwenden, dass mindestens eine weitere Trennungsoperation der genannten verfahrensnotwendigen Elemente vorgesehen wird. Nach der endgültigen Trennung werden diese nunmehr „verbrauchten" Elemente zu getrennten Behältern überführt. Ein Recycling ist indessen möglich. [0121 ] Des Weiteren ist ein Vakuum-Absauger 183 vorhanden, der die industrielle Entstaubung von Staub und Rauch aus den operationeilen Aggregaten vornimmt. Zu diesem Zweck kommen zwei Hauben oder Kappen 184, 185 zum Einsatz, welche einerseits selbsttragend sind und von Hand für eine korrekte Positionierung bewegbar sind. Der Absauger muss für eine effiziente Staubabsaugung des gebrauchten Zinkstaubes oder der anderen eingesetzten Elemente für die Thermodiffusion ausgelegt sein. Als Richtwert für eine einwandfreie Staubabsaugung gilt die Menge von 10 Kg Staub pro Behälter. From a vibration device 181 and a separator 182, which make the separation of granules and powder, for example, from AL granules, fillers and powder residues. These subaggregates 181/182 ensure that the separation of the "spent" AL granules, fillers and powder remnants takes place efficiently, but it is advantageous to provide and, if necessary, to provide for at least one further separation operation of the above-mentioned elements Separation these now "spent" elements are transferred to separate containers. However, recycling is possible. Furthermore, there is a vacuum extractor 183, which performs the industrial dedusting of dust and smoke from the operational units. For this purpose, two hoods or caps 184, 185 are used, which on the one hand are self-supporting and are movable by hand for correct positioning. The extractor must be designed for efficient dust extraction of used zinc dust or other thermodiffusion elements used. As a guideline for proper dust extraction, the amount of 10 kg of dust per container applies.
[0122] in diesem Zusammenhang ist es aus Sicherheitsüberiegungen wichtig, sicherzustellen, dass keine örtlichen Zündquellen vorhanden sind, weiche mit der Staubabsaugung in Berührung kommen könnten. In this context, it is important for safety guards to ensure that there are no local sources of ignition which could come into contact with the dust extraction.
[0123] In Figur 1 sind des Weiteren die strömungsführenden Leitungen ersichtlich, nämlich: a) Position 101 als Verbindungsleitung zwischen dem Vibrationsgerät 181 und dem Vakuum-Absauger 183; b) Position 102 als Verbindungsleitung zwischen dem Separator 182 und dem Vakuum-Absauger 183; c) Position 103 eine erste zu einer ersten Kappe 184 gehörende Leitung, weiche mit dem Vakuum-Absauger 183 verbunden ist; d) Position 104 eine zweite zu einer zweiten Kappe 85 gehörende Leitung, wei¬ che mit dem Vakuum-Absauger 183 verbunden ist. [0124] Figur 2 zeigt eine Draufsicht der Anlage 1 00 nach Figur 1 . Hier sind die Heizelemente 150 besonders gut ersichtlich. Eine weitere körperliche Ansicht dieser Heizelemente geht aus Figur 4 hervor. Die hier angebrachten Positionen stehen in Konkordanz mit Figur 1 und haben den finalen Zweck, die einzelnen Aggregaten ganzheitlich näher zu bringen. Furthermore, FIG. 1 shows the flow-carrying lines, namely: a) position 101 as a connecting line between the vibration device 181 and the vacuum suction device 183; b) position 102 as a connecting line between the separator 182 and the vacuum aspirator 183; c) position 103 is a first conduit associated with a first cap 184 connected to the vacuum aspirator 183; d) position 104 a second to a second cap 85 belonging line, white ¬ che is connected to the vacuum suction 183. FIG. 2 shows a top view of the system 100 according to FIG. 1. Here, the heating elements 150 are particularly clearly visible. Another physical view of these heating elements is shown in FIG. The positions attached here are in concordance with Figure 1 and have the final purpose to bring the individual aggregates holistically closer.
[0125] Im Einklang mit Figur 3, muss der Aufbau dieses Prozessaggregats 140 so gestaltet sein und eine Infrastruktur aufweisen, dass die aus der Aufheizung des Reaktors erwärmte Luft im genannten Prozessaggregat abgeführt werden kann. Andererseits weist das Prozessaggregat 140 eine Infrastruktur auf, welche sicherstellt, dass nach Beendigung des Thermodiffusionsverfahrens eine gezielt gehaltene Kühlung des Reaktors nach vorgegebenen Parametern einsetzen kann, bevor der Reaktor zu einer Kühlungsvorrichtung transportiert wird (siehe Figur 16). Sowohl die Abführung der erwärmten Luft als auch die Zuführung des zur Kühlung benötigten Luftstromes sollen vorzugsweise über mehrere Ein-/Auslässe um den Reaktor stattfinden. Um die Kühlung des Reaktors von einer Prozesstemperatur von beispielweise 350°C auf 50° C während einer bestimmten Zeitspanne zu reduzieren (siehe oben), muss eine entsprechende Luftgebläse-Leistung zur Verfügung gestellt werden. Zu diesem Zweck lässt sich im Normalfall Umgebungsluft verwenden. Ansonsten ist die Einleitung einer gekühlten Luft vorzusehen. In accordance with FIG. 3, the structure of this processing unit 140 must be designed and have an infrastructure such that the air heated from the heating of the reactor can be removed in the named process unit. On the other hand, the processing unit 140 has an infrastructure which ensures that, after the end of the thermal diffusion process, targeted cooling of the reactor can be used according to predetermined parameters before the reactor is transported to a cooling device (see FIG. 16). Both the removal of the heated air and the supply of the air flow required for cooling should preferably take place via a plurality of inlets / outlets around the reactor. To reduce the cooling of the reactor from a process temperature of, for example, 350 ° C to 50 ° C for a certain period of time (see above), a corresponding air blower power must be provided. Ambient air can normally be used for this purpose. Otherwise, the introduction of a cooled air should be provided.
[0126] Figur 3 ist demnach als eine Seitenansicht der Anlage 100 nach Figur 1 dargestellt, und sie zeigt im Vordergrund das Prozessaggregat 140 bei der Abkühlung des rohrförmigen Behälters, also des Reaktors 120. Um den Abkühlungsvorgang im Zusammenwirken mit der Beisteilung der Kappe 185 effizienter zu gestalten, wird das Prozessaggregat 140 durch einen Deckel 141 erweitert, der dafür sorgt, dass die zur Verfügung gestellte Abkühlung den Reaktor 120 möglichst integral erfassen kann. Ist einmal der Reaktor in Wirkverbindung mit der Kühlungsvorrichtung gemäss Figur 16 fertig gekühlt, erfolgt dann die Entleerung des Gutes. [0127] Figur 4 zeigt die Heizelemente 150 für die Beistellung des thermischen Potentials für den Reaktor 120, wobei diese Heizelemente 150 als Heizschlangen ausgebildet sind, welche einen integrierenden Bestandteil des Supportwagens 130. Ersichtlich ist hier des Weiteren ein von mehreren Rädern 131 , weiche die betriebliche Drehung des Reaktors 120 während der Wärmeübertragung sicherstellen. Damit wird eine gieichmässige thermische Aufbereitung des Inhalts des Reaktors 120 gewährleistet. Ist der Reaktor 120 mit einem aus Kieinteiien bestehenden Schüttgut beladen, so können die Drehbewegungen intermittierend oder richtungsändernd vorgesehen werden, damit diese Kleinteile thermisch gieichmässig behandelt werden können. Figure 3 is thus shown as a side view of the system 100 of Figure 1, and it shows in the foreground the processing unit 140 during the cooling of the tubular container, ie the reactor 120. To the cooling process in cooperation with the addition of the cap 185 more efficient To design, the process unit 140 is extended by a cover 141, which ensures that the provided cooling, the reactor 120 as possible integrally detect. Once the reactor has been finished cooled in operative connection with the cooling device according to FIG. 16, the material is then emptied. Figure 4 shows the heating elements 150 for providing the thermal potential for the reactor 120, said heating elements 150 are formed as heating coils, which are an integral part of the support carriage 130. Further, here is one of a plurality of wheels 131, the soft ensure operational rotation of the reactor 120 during heat transfer. Thus, a proper thermal treatment of the contents of the reactor 120 is ensured. If the reactor 120 is loaded with a bulk material consisting of pieces of Kieinteiien, the rotational movements can be provided intermittently or direction-changing, so that these small parts can be treated thermally gieichmässig.
[0128] Aus Figur 5 geht hervor, wie eine typische Zonenaufteiiung innerhalb des rohrförmigen Reaktors 120 gestaltet ist, der als Schnittansicht dargestellt ist. Ziel dabei ist es, eine Zielhaltetemperatur von vorzugsweise 280° bis 350°C mit einer Temperaturtoleranz mindestens von ± 5° bis ± 20°C zu erreichen. Unter diesen Aspekten müssen die Heizelementen (siehe Figur 2, Pos. 1 50 oder Figur 4) für Temperaturen bis 850°C oder darüber ausgelegt sein. FIG. 5 shows how a typical zone partition is formed within the tubular reactor 120 shown as a sectional view. The aim is to achieve a target holding temperature of preferably 280 ° to 350 ° C with a temperature tolerance of at least ± 5 ° to ± 20 ° C. In these aspects, the heating elements (see Figure 2, Item 1 50 or Figure 4) must be designed for temperatures up to 850 ° C or above.
[0129] Diese Heizelemente werden vorzugsweise in 3 Zonen aufgeteilt: Eine erste Zone 1 erstreckt sich in etwa auf einen ersten Drittel des rohrförmig ausgebildeten Reaktors; eine zweite Zone 2 erfasst den mittleren Abschnitt des Reaktors; eine dritte Zone 3 erfasst wiederum in etwa den letzten Drittel des Reaktors. Diese Aufteilung sowie die hier zugrunde gelegten Zonen und Strecken sind indessen nur als qualitative Angaben zu verstehen. Der typische Aufbau eines Reaktors geht aus Figur 6 hervor. These heating elements are preferably divided into 3 zones: a first zone 1 extends approximately to a first third of the tubular reactor; a second zone 2 covers the central section of the reactor; in turn, a third zone 3 covers approximately the last third of the reactor. However, this breakdown, as well as the zones and stretches used here, are to be understood as qualitative data only. The typical structure of a reactor is shown in FIG.
[01 30] Aus Figur 5 gehen indessen die Elemente 128 und 129 hervor, welche in Figur 6 nicht näher gezeigt sind. [01 30] However, the elements 128 and 129, which are not shown in more detail in FIG.
Beim Element 128 handelt es sich um ein Thermoelement; beim Element 129 handelt es sich um Griffe, welche dem Transport und der Positionierung des Reaktors 120 diesen. [01 31 ] Figur 6 zeigt in dreidimensionaler Ansicht einen typischen rohrförmigen Behäl- ter 120, der ais Reaktor betreibbar ist. Im Wesentiichen besteht der Aufbau eines solchen Reaktors aus folgenden komplementären Elementen: Element 128 is a thermocouple; the element 129 is a handle which controls the transport and positioning of the reactor 120. FIG. 6 shows, in a three-dimensional view, a typical tubular container 120 which can be operated as a reactor. Essentially, the structure of such a reactor consists of the following complementary elements:
[0132] Aus einem kopfseitigen Flansch (Stirnfläche) 121 , einer Abdeckung (Deckel) 122, einer Anzahl supportartiger Ringe 123, einer äusseren hinteren Schllessabdeckung 124, einem Anschiussrohr 125, einer inneren hinteren Schllessabdeckung 126, einer Aussparung 127 für die Aufnahme eines Thermoelementes (siehe Figur 5). Zum Schutz des letztgenannten Thermoelementes 127 ist das Anschlussrohr 125 mit einer nicht näher gezeigten thermischen Isolation versehen. Eine typische Länge des rohrförmigen Behälters beträgt ca. 2 m. Andere Dimensionierungen sind auch möglich, und von Fall zu Fall zu bevorzugen. [0132] A head-side flange (end face) 121, a cover (cover) 122, a number of support-like rings 123, an outer rear cover 124, an attachment tube 125, an inner rear cover 126, a recess 127 for receiving a thermocouple ( see FIG. 5). To protect the latter thermocouple 127, the connection pipe 125 is provided with a thermal insulation not shown in detail. A typical length of the tubular container is about 2 m. Other sizing is also possible and preferable on a case-by-case basis.
[0133] Aus Figur 7 zeigt eine graphische Spannung/Dehnung-Darstellung eines thermisch behandelten Teils. Darin sind 3 Zustände erfasst: FIG. 7 shows a graph of stress / strain of a thermally treated part. It contains 3 states:
Pos. 1 ~ Anlieferungszustand; Pos. 1 ~ delivery condition;
Pos. 2 = Bei 310°C; Pos. 2 = At 310 ° C;
Pos. 3 = Bei 320°C. Pos. 3 = At 320 ° C.
Bezogen auf die Schlussdehnungswerte sind die Unterschiede bei den drei Zuständen 1 -3 absolut betrachtet nicht dramatisch, bezogen aber auf die erfindungsge- mässe damit angestrebte Duktilität fallen diese Werte doch signifikant aus. In terms of the final strain values, the differences in the three states 1 -3 are not dramatic in absolute terms, but in relation to the ductility desired for this purpose according to the invention, these values are significant.
[0134] in diesem Zusammenhang wird auf eine mathematische Berechnung der kritischen Spannungsintensitätsfaktor Kic hingewiesen, Die Risszähigkeit der beanspruchten Schichtstruktur nimmt bei Raumtemperatur die folgenden Werte ein: In this context, the critical stress intensity factor Ki c is referred to a mathematical calculation. The fracture toughness of the claimed layer structure assumes the following values at room temperature:
Für Stahl 50 ± 20 MPaVm For steel 50 ± 20 MPaVm
Für Aluminium-Legierungen 36 ± 10 MPaVm For aluminum alloys 36 ± 10 MPaVm
Für Aluminium 14-28 ± 5 MPaVm, wobei der kritische Spannungsintensitätsfaktor Kic nach folgender Beziehung errechnet wird: For aluminum 14-28 ± 5 MPaVm, wherein the critical stress intensity factor Kic is calculated according to the following relationship:
Kie = σ · v7i "' ;: · Y K ie = σ · v 7i "' ;: · Y
und es bedeuten: and it means:
δ = die anliegende Spannung: δ = the applied voltage:
ac = die kritische Risslänge (entspricht der halben Rissbreite a = c/2); a c = the critical crack length (corresponds to half the crack width a = c / 2);
Y = der Geometriefaktor berücksichtigt zwei Eigenschaften: Zum einen ist der Spannungsintensitätsfaktor theoretisch nur bei unendlich grossen Platten unabhängig von den Abmessungen des Prüfkörpers; zum anderen ist zu berücksichtigen, dass an den Rissenden senkrecht zur Oberfläche keine Spannungen auftreten können, so dass sich ein ebener Spannungszustand einstellt. Dieser sorgt zum Beispiel dafür, dass bei einer Querkontraktionszahl von v = 0,3 die plastisch verformte Zone an den Enden sechsmal breiter ist als in der Probenmitte. Y = the geometry factor takes into account two properties: First, the stress intensity factor is theoretically only for infinitely large plates regardless of the dimensions of the test specimen; On the other hand, it should be taken into account that no stresses can occur at the crack ends perpendicular to the surface, so that a plane state of stress sets in. This ensures, for example, that at a transverse contraction number of v = 0.3, the plastically deformed zone at the ends is six times wider than in the middle of the sample.
[0135] Ein signifikanter Thermodiffusionsprozess wird in der folgenden Beschreibung der nachfolgend angezogenen Figuren beschrieben, nämlich von der Beladung des Reaktors, über dessen Wärmebehandlung, bis hin zur Entladung/Wiederbeladung des Reaktors: A significant thermodiffusion process is described in the following description of the figures below, namely, from the loading of the reactor, over its heat treatment, to the discharge / reload of the reactor:
[0136] Die Beladestation des Reaktors wird wie folgt betrieben: [0136] The loading station of the reactor is operated as follows:
Am Beispiel eines zu behandelten Bauteils mit der Abmessung von 0160 x 450mm und ein Gewicht von 55 Kg wird die Beladung wie folgt vorgenommen: Using the example of a component to be treated with the dimension of 0160 x 450 mm and a weight of 55 kg, the loading is carried out as follows:
Der Prozess einer Thermodiffusion findet in einem Container, im Folgenden nur noch Reaktor genannt (siehe auch Figur 6), statt, in welchem die Komponenten des Ther- modiffusionsprozesses (Beispiel: 250 Kg Aluminium-Granulat, 7 Kg Zinkpulvermischung und 4 Bauteile) dem genannten Prozess zugeführt werden. Je nach Produktionsauftrag wird ein passender Reaktor aus der„Reaktor-Standliste" ausgewählt, dabei wird zugrundegelegt: a) Werkstoff der zu behandelnden Teile (Metalle oder Leichtmetalle); b) Gereinigte und getrocknete Menge an Aluminiumgranulat The process of thermal diffusion takes place in a container, hereinafter referred to as the reactor (see also FIG. 6), in which the components of the thermodiffusion process (for example: 250 kg aluminum granules, 7 kg zinc powder mixture and 4 components) Process are supplied. Depending on the production order, a suitable reactor from the "reactor stand list" is selected, based on: a) material of the parts to be treated (metals or light metals); b) Purified and dried amount of aluminum granules
[0137] Hierzu wird informativ auf Figur 8 verwiesen, aus welcher die bereitstehenden Reaktoren 120 ersichtlich sind. Daraus geht hervor, dass die Beladungsart und Beladungsmenge der einzelnen Reaktoren nach Bedarf sehr variabel und produktionsbe- zogen gehalten werden können. For this purpose, reference is made by way of example to FIG. 8, from which the available reactors 120 can be seen. From this it can be seen that the type of loading and the amount of loading of the individual reactors can be kept very variable and production-related as required.
[0138] Wie aus Figur 9 hervorgeht, wird der Reaktor 120 auf die horizontal ausgerichtete Beladestation 201 platziert und anschliessend zuerst im Rotationsmodus nach unten gekippt 202, damit das Granulat, um den Füllvorgang zu vereinfachen, nach hinten rutschen kann. As can be seen from FIG. 9, the reactor 120 is placed on the horizontally oriented loading station 201 and subsequently tilted 202 downwards in rotation mode 202 so that the granules can slide backwards in order to simplify the filling process.
[0139] Als nächster Schritt wird der Reaktor 120 geöffnet, wie dies aus Figur 9 hervorgeht. Dazu wird der mit Schrauben (siehe Figur 1 1 beim Verschliessen) befestigte Deckel 122 mittels eines Schlagschraubers (Siehe Figur 1 1 ) gelöst und deponiert. Falls der Reaktor 120 leer und im Einsatzzustand ist, wird er mit der vorgegebenen und gereinigten Menge Aluminiumgranulat befüllt. As the next step, the reactor 120 is opened, as shown in FIG. For this purpose, the lid 122 fastened with screws (see FIG. 11 when closing) is loosened and deposited by means of a striking screwdriver (see FIG. 11). If the reactor 120 is empty and in use, it is filled with the predetermined and purified amount of aluminum granules.
[01 0] Wie Figur 10 versinnbildlichen will, werden im Belade-Schritt die zu bearbeitenden Teile in den Reaktor geladen , entweder als Schüttgut oder mit Rack. ist ein Rack vorgesehen, müssen die Teile darin gleichmässig befestigt sein. Der Abstand zwischen den angebrachten Teilen soll nicht kleiner als 3 cm sein. Am Beispielprojekt werden die 4 Finger lose in Reihe einzeln auf das Granulat-Bett gelegt. Jedem Batch kann noch ein Standard-Referenz-Teil zugefügt werden, durch welches dann der Prozess über Schichtdicke und Härtewert nachgeprüft werden und als Referenzteil dienen kann. Abschliessend wird die vorgegebene Zink-Mischungsmenge hinzugefügt. [0141 ] Wie aus Figur 1 1 hervorgeht, wird zum luft- und staubdichten Verschiiessen des Reaktors 120 zuerst die Stirnfläche von Deckel 122 und Reaktor 121 mit einer Bürste gereinigt und die Dichtung auf Beschädigungen kontrolliert. Deckel schlies- sen, und alle mit Fett geschmierten Schrauben 203 einstecken und anschrauben. Dabei werden in bewährter Manier die Schrauben über Kreuz mit dem Schlagschrau- ber 204 angezogen. Andere Verschlussmechanismen sind auch möglich, beispielsweise, dass der Deckel gegenüber dem Reaktor mit einem Bajonettverschluss, Stu- fenschloss, etc., versehen ist. As is to be symbolized in FIG. 10, in the loading step, the parts to be processed are loaded into the reactor, either as bulk material or with a rack. If a rack is provided, the parts must be evenly secured in it. The distance between the attached parts should not be less than 3 cm. In the example project, the 4 fingers are loosely placed in series on the granulate bed. Each batch can be added to a standard reference part, which then the process over layer thickness and hardness value can be checked and used as a reference part. Finally, the predetermined amount of zinc mixture is added. As is apparent from Figure 1 1, the end face of lid 122 and reactor 121 is first cleaned with a brush for air and dust-tight Verschiiessen the reactor 120 and the seal checked for damage. Close the lid and insert and screw in all grease-lubricated screws 203. The screws are tightened crosswise with the impact driver 204 in a proven manner. Other closure mechanisms are also possible, for example, that the lid with respect to the reactor with a bayonet, Stufenschloss, etc., is provided.
[0142] Nach dem fertigersteilten Verschiiessen des Reaktors 120 wird dieser in die horizontale Position gefahren und während 3 bis 5 Minuten rotieren gelassen, damit sich die Befüllung gleichmässig innerhalb des Reaktors verteilt kann. After completion of the closure of the reactor 120, it is moved to the horizontal position and allowed to rotate for 3 to 5 minutes so that the charge can be evenly distributed within the reactor.
[0143] Anschliessend wird der Reaktor 20 mittels Kran zum thermischen Aufbereitung 50/ 30 transportiert und in den Laufwagen 130 positioniert. Subsequently, the reactor 20 is transported by crane for thermal treatment 50/30 and positioned in the carriage 130.
2. Der Ofen wird wie folgt betrieben; 2. The oven is operated as follows;
[0144] Figur 12 zeigt eine Gesamtansicht des operierenden Ofens 1 10, bei welchem der Supportwagen/Laufwagen 130 inkl. Reaktor 120 (siehe Figur 3) eingefahren ist. FIG. 12 shows an overall view of the operating furnace 110 in which the support carriage / carriage 130 including the reactor 120 (see FIG. 3) has retracted.
[0145] Zum Starten des Prozesses muss der Ofensteuerung eine Rezeptur (Prozessparameter) in Abhängigkeit des Beladungszustandes des Reaktors (Gewicht, Oberfläche, Material) zugewiesen werden. Es stehen zwei Möglichkeiten zur Verfügung, die Rezeptur zuzuweisen: To start the process, the furnace control must be assigned a recipe (process parameter) depending on the loading state of the reactor (weight, surface, material). There are two ways to assign the recipe:
- Direkte Übernahme einer gespeicherten Rezeptur, wie dies Figur 13 versinnbildlichen will - Direct adoption of a stored recipe, as Figure 13 symbolizes
Rezeptur bearbeiten oder ändern, wie dies Figur 14 versinnbildlichen will, IB2017/056422 Edit recipe or change recipe, as Figure 14 wants to symbolize IB2017 / 056422
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[0146] Bei einer Rezepturzusammensetzung wird wie folgt vorgegangen; For a recipe composition, the procedure is as follows;
Die Rezeptur kann aus bis zu sechs Segmenten (Steps) mit je sechs Parametern zusammengestellt werden, und durch noch weitere vier Einstellungsmöglichkeiten ergänzt werden. The recipe can be composed of up to six segments (steps) with six parameters each, and can be supplemented with an additional four setting options.
Spalte 1 [Segment] gibt Auskünfte über die Zahl der Segmente oder Prozess-Steps, Column 1 [Segment] gives information about the number of segments or process steps,
Spalte 2 [Rampe / Sprung] regelt für jedes Segment die Aufhetzsteuerung entweder über eine Rampenfunkfion oder über eine Sprungfunktion zu steuern: Column 2 [Ramp / Jump] regulates for each segment the hurry control either via a ramp function or via a jump function:
* Eine Rampenfunktion steht in Abhängigkeit der erreichten Temperatur zu einer bestimmten Zeit, und sie steuert automatisch die Heizleistung des Ofens bis zur Erreichung der Soll-Temperatur. * A ramp function is a function of the temperature reached at a certain time, and it automatically controls the heating power of the stove until it reaches the set temperature.
* Bei einer Sprungfunktion ist es so, dass der Ofen mit vorgegebener Heizleistung bis zur Soll-Temperatur aufheizt. * In the case of a jump function, the stove heats up to the setpoint temperature with the specified heat output.
Spalte 3 [Set Point TC] definiert die Soli-Temperatur für das Segment. Column 3 [Set Point TC] defines the soli temperature for the segment.
Spalte 4 [Time Rate] definiert die Dauer bis zur Erreichung der Soli- Temperatur. Column 4 [Time Rate] defines the duration until the soli temperature is reached.
Spalte 5-7 [TC1 -TC3] definieren die maximale Temperatur (Heizleistung) der Heizelemente, Columns 5-7 [TC1 -TC3] define the maximum temperature (heating power) of the heating elements,
[0147] Nachfolgend die Rezeptur für ein Beispielprojekt: [0147] The following is the recipe for a sample project:
Figure imgf000051_0001
[0148] Die Steuerung wird grundsätzlich im Vergleich mit der Temperatur und der Zeit geregelt.
Figure imgf000051_0001
The control is basically controlled in comparison with the temperature and the time.
[0149] Die Anzeigen„Hochschutz [Guard High] und Tiefschutz [Guard Low]" in Figur 14 dienen der fortlaufenden Kontrolle, ob die gewünschte Temperatur in der geforderten Bandbreite liegt. The high protection [guard high] and guard low [guard low] indications in FIG. 14 serve to continuously check whether the desired temperature is within the required bandwidth.
[01 50] Wenn zum Beispie! im ersten Segment einen Temperatursoüwert von 100°C gewünscht wird, und ein Tiefschutz von 5°C eingestellt ist, erlaubt die Regulierung dem System nicht in das zweite Segment zu wechsein, bevor die Temperatur des Reaktors nicht die 95°C erreicht hat. Wenn jedoch ein Tiefschutz von 10°C gewählt wird, würde der Wechsel in das zweite Segment beim Erreichen von 90°C erfolgen, [01 50] If, for example! in the first segment, a temperature value of 100 ° C is desired, and a 5 ° C depth protection is set, the regulation does not allow the system to change to the second segment until the temperature of the reactor has reached 95 ° C. However, if a depth protection of 10 ° C is chosen, the change to the second segment would occur when reaching 90 ° C,
[01 51 ] Der Hochschutz erfolgt nach der gleichen Art und Weise, jedoch während des Senkens der Temperatur. Doch für ihre Anwendung kann die Verwendung von Hochschutz eine erhebliche Verlängerung der Verarbeitungszeit bedeuten. [01 51] The high protection occurs in the same way, but during the lowering of the temperature. But for their application, the use of high protection can mean a significant increase in processing time.
[0152] Was die Reaktorrotation betrifft, gilt: As far as the reactor rotation is concerned, the following applies:
Durch Veränderung des Antriebsparameters kann die Drehung des Reaktors an sich beliebig eingestellt werden, übliche Umdrehung bewegen sich zwischen 1 und 15 U/min. Indessen höhere oder tiefere Werte lassen sich jederzeit nach Bedarf einstellen. By changing the drive parameter, the rotation of the reactor itself can be set arbitrarily, the usual revolution is between 1 and 15 U / min. However, higher or lower values can be set at any time as required.
[0153] Nach Fertigstellung der Rezeptureingabe wird der Ofen über die Steuereinheit gestartet. [01 54] Laufwagen mit Reaktor wird automatisch in den Ofen gefahren, Ofendecke! senkt sich ab, Heizprozess und Reaktorroiation werden gestartet. Ein Temperatur- kontroilthermoeiement wird automatisch in den Reaktor eingeführt, sobald der Deckel des Ofens (Siehe Figur 12) geschlossen ist. After completion of the recipe input, the oven is started via the control unit. [01 54] Carriage with reactor is automatically moved into the oven, furnace roof! lowers, heating process and Reaktorroiation are started. A temperature control element is automatically introduced into the reactor as soon as the lid of the oven (see Figure 12) is closed.
[0155] Am Ende des Programms werden alle diese Vorgänge umgekehrt durchgeführt, [0155] At the end of the program, all these operations are reversed,
[0156] Auf dem Steuerungsdispiay gemäss Figur 15 werden während des Prozesses die Nummer der Rezeptur, die Temperaturen TC1 -TC3 (Heizleistung), die Rezepturzeit und die Temperatur des Temperaturkontroilthermoelements im Reaktor 120 angezeigt. 15, the number of the formulation, the temperatures TC1 -TC3 (heating power), the formulation time and the temperature of the temperature control thermocouple are displayed in the reactor 120 during the process.
3. Die Kühloperation wird wie folgt betrieben: 3. The refrigeration operation is operated as follows:
[01 57] Die eigentliche Kühleranlage, siehe Figur 18, hat eine Kapazität für fünf oder mehr Reaktoren, davon stehen zwei in Warteposition und die restlichen in der Kühl- Zone. Eine solche Kühleranlage wird im Automatikmodus bedient und gefahren . The actual radiator system, see FIG. 18, has a capacity for five or more reactors, of which two are in the waiting position and the remaining in the cooling zone. Such a radiator system is operated and driven in automatic mode.
Im Kühler 300 selbst gibt es fünf Positionen, wo der zu kühlende Reaktor 120 positioniert werden kann: In the cooler 300 itself, there are five positions where the reactor 120 to be cooled can be positioned:
Die erste Position wird durch die Ladestation 301 aussen gebildet. The first position is formed by the charging station 301 on the outside.
Zweite, dritte und vierte Position befinden sich im Inneren 302 des Kühlers 300, Second, third and fourth positions are located in the interior 302 of the radiator 300,
Die fünfte Position ist die hier nicht näher ersichtliche Entladestation aussen, The fifth position is the unspecified discharge station outside,
[0158] Jeweils nach 90 Minuten, unter Inanspruchnahme entsprechender Toieranz- werte, wird der Reaktor automatisch von einer Position auf die nächste freie gefahren. Der Abkühivorgang dauert bei einem 90 Minuten-Takt demnach maximal 380 Mi- nuten in der Summe. Der Minuten-Takt kann im Kühler-Display nach Bedarf verändert werden. Die Reaktor-Temperatur wird aus praktischen Überlegungen auf der vierten Position (letzte Position bevor der Container aus dem Kühler rausgefahren wird) gemessen. Indessen eine integrale Temperaturmessung über alle Positionen kann vorgesehen werden. Sobald der Container auf 50°C abgekühlt ist, kann der Kühlprozess auch manuell unterbrochen werden. Each time after 90 minutes, using corresponding values for the values, the reactor is automatically moved from one position to the next free one. The Abkühivorgang takes at a 90 minute cycle therefore a maximum of 380 million in total. The minute cycle can be changed in the cooler display as needed. For practical reasons, the reactor temperature is measured in the fourth position (last position before the container is removed from the cooler). Meanwhile, an integral temperature measurement over all positions can be provided. Once the container has cooled to 50 ° C, the cooling process can also be interrupted manually.
4. Das Entladen wird wie folgt betrieben: 4. The unloading is carried out as follows:
[0159] Nach der Thermodiffusion und nach dem Abkühlen des Reaktors wird dessen Inhalt, namentlich : Aluminiumgranulat, Zink-Pulvermischung und die thermodiffun- dierten Bauteile, an der Entiadestation entladen. Informativ wird hier auf Figur 17 verwiesen, worin unter anderen die Hauben oder Kappen 184, 185 dargestellt sind, wobei die letztgenannte nur ansatzweise ersichtlich ist. After thermodiffusion and after cooling the reactor, its contents, namely aluminum granules, zinc powder mixture and the thermally diffused components, are discharged at the discharge station. For information purposes, reference is made to FIG. 17, which shows, among other things, the hoods or caps 184, 185, the latter being only partially apparent.
[0160] Nach dem Kühlvorgang wird der Reaktor mittels Kran auf die horizontal ausgerichtete Entladestation abgelegt und anschliessend während Rotation nach unten gekippt, damit das Granulat nach hinten rutschen kann. Danach werden alle Schrauben mit Hilfe des Schlagschraubers gelöst und in das dafür vorgesehene Behältnis abgelegt. After the cooling process, the reactor is placed by crane on the horizontally oriented unloading station and then tilted down during rotation, so that the granules can slide backwards. After that, all screws are loosened with the aid of the impact wrench and placed in the container provided for this purpose.
[0161 ] Vor Öffnen des Deckels soll unbedingt die Staubabsaugung eingeschaltet und diese über die Öffnung des Reaktors platzieren werden. Der Deckel wird abgenommen und abgelegt. Before opening the lid, it is essential that the dust extraction be switched on and place it over the opening of the reactor. The lid is removed and stored.
[0162] Wie aus Figur 18 hervorgeht, wird der Reaktor über der Sortieranlage entleert. Von Zeit zu Zeit wird der Reaktor während der Rotation immer wieder leicht angehoben, bis er komplett entleert ist. Dabei werden die bearbeiteten Teile, das Granulat und das verbliebene Zinkpulver automatisch getrennt. Beim Entladen muss die Drehgeschwindigkeit des Reaktors und die Vibrationsstärke der Sortieranlage angepasst werden. Während des Sortierens soll regelmässig die auf der Seite der Sortieranlage stehenden Granulat Behälter in einen grossen Granulat-Trichter entleert werden, Vor dem Entladen des gesamten Reaktors wird ein Werkstück vorweg entnommen, gereinigt und mit dem mobilen Permascope die aus dem Thermodiffusionsprozess resultierende Zn-Schichtdicke kontrolliert. As can be seen from FIG. 18, the reactor is emptied above the sorting plant. From time to time, the reactor is repeatedly raised slightly during the rotation until it is completely emptied. The machined parts, the granules and the remaining zinc powder are automatically separated. When unloading, the rotational speed of the reactor and the vibration intensity of the sorting system must be adjusted. During sorting, the regular on the side of the sorting system should Before unloading the entire reactor, a workpiece is removed in advance, cleaned and controlled with the mobile Permascope the resulting from the thermal diffusion process Zn layer thickness.
[0163] Wie aus Figur 19 hervorgeht wird der Reaktor nach dessen Entleeren wieder mit dem gesammelten Granulat befülit. Dazu wird der Granulat-Trichter 303 mit Hilfe eines Staplers angehoben und am Einfülistutzen so positioniert, dass der Reaktor noch frei drehbar ist. As can be seen from FIG. 19, the reactor is filled again with the collected granules after it has been emptied. For this purpose, the granule funnel 303 is lifted by means of a stacker and positioned at the insertion so that the reactor is still free to rotate.
[0184] Den Reaktor iässt man auf der höchsten Stufe drehen lassen, und der Verriegelungsmechanismus des Trichters wird gelöst. Mit einem Kunststoff-Hammer wird allenfalis leicht auf die Unterseite des Trichters geklopft, damit sämtliches Granulat in den Reaktor abfliessen kann. The reactor is allowed to rotate at the highest level and the locking mechanism of the funnel is released. With a plastic hammer, it is easy to knock on the underside of the funnel so that all the granules can flow out into the reactor.
[0165] Anschliessend wird der Reaktor 120 nach bewährter Manier wieder verschlossen. Der Deckel wird dann wieder ordentlich verschraubt. Der Inhalt wird durch Rotation innerhalb des Reaktors gieichmässig verteilt, worauf der Reaktor dann im Warteplatz für den nächsten Prozesslauf bereitsteht. Subsequently, the reactor 120 is closed again according to proven manner. The lid is then properly screwed again. The contents are distributed by rotation within the reactor gieichmässig, whereupon the reactor is ready in the waiting room for the next process run.
[0168] Zum Abschluss wird das Dokument„Reaktor-Standliste" gemäss dem Vorgang nach Figur 8 aktualisiert. Finally, the document "reactor standlist" is updated according to the process of FIG. 8.
Bezugszeichen!sste Anlage Reference numeral! Sste plant
Verbindungsleitung zwischen 181 und 182 Verbindungsleitung zwischen 182 und 183 Verbindungsieitung zwischen 184 und 183 Verbindungsieitung zwischen185 und 183 Kühl/Heiz-Aggregat, Ofen Connecting pipe between 181 and 182 Connecting pipe between 182 and 183 Connecting pipe between 184 and 183 Connecting pipe between 185 and 183 Cooling / heating unit, furnace
Reaktor reactor
Stirnfläche des Flansches Face of the flange
Abdeckung, Deckel Cover, lid
Supportartige Ringe Support-type rings
Hintere Schliessabdeckung Rear closure cover
Anschlussrohr connecting pipe
innere hintere Schliessabdeckung inner rear closure cover
Aufnahme eines Thermoelementes Recording a thermocouple
Thermoelement thermocouple
Griffe handles
Supportwagen, Laufwagen Support car, carriage
Räder bikes
Prozessaggregat process aggregate
Heizelemente heating elements
Karussell, Lade/Entladestation Carousel, loading / unloading station
Komplementäre Baugruppe Complementary assembly
Vibrationsgerät vibration device
Separatorseparator
2 Subaggregate 2 subaggregates
Vakuum-Absauger Vacuum aspirator
Haube, Kappe Hood, cap
Haube, Kappe Beladestation Hood, cap loading
Rotationsmodus gekippt Schrauben Rotation mode tilted screws
Schrauber Screwdrivers
Kühler cooler
Erste Ladestation First charging station
Dritte oder vierte Ladestation Granulat-Trichter Third or fourth charging station granule funnel

Claims

Ansprüche Verfahren für die Aufbringung einer Schichtstruktur durch einen in einer Anlage (100) betriebenen Thermodiffusionsprozess auf eine metallische oder intermetallische Oberfläche mindestens eines im Betrieb mechanisch belasteten oder korrosionsanfälligen Teils, welche Anlage mindestens einen durch Steuerungsprofilen gesteuerten und/oder geregelten Reaktor (120) aufweist, der zur Aufnahme einer Beladung von Teilen ausgelegt ist, wobei die Schichtstruktur auf der Oberfläche des Teils aus wenigstens einer Lage oder aus mindestens zwei gleichen oder unterschiedlichen Lagen gebildet wird, wobei die Lagen aufeinander folgen, parallel oder quasi-parallel zur Oberfläche des Teils oder zu einer vorangehenden Lage verlaufen, wobei mindestens die Oberfläche des im Reaktor platzierten Teils mit einer zugeführten Wärmemenge beaufschlagt wird, und diese Wärmemenge von innen und/oder von aussen den Reaktor beaufschlägt, wobei diese Wärmemenge innerhalb des Reaktors in Wirkverbindung mit metallischen und/oder intermetallischen zugegebenen Elementen oder Legierungen eine Dampfphase bildende Reaktion injiziert, welche Dampfphase durch Thermodiffusion die Bildung der Schichtstruktur einleitet oder bewerkstelligt, wobei bei mindestens zwei der aufeinander folgenden Lagen die Schichtstruktur durch eine gesteuerte und/oder geregelte Zuführung der Wärmemenge im prozessfortlaufenden oder quasi-prozessfortlaufenden Modus gebildet werden, wobei diese Lagen aus gleichen oder unterschiedlichen metallischen und/oder intermetallischen Beschichtungsmitteln oder Legierungen bestehen und gleiche oder unterschiedliche Schichtdicken aufweisen, wobei mindestens die letztaufgebrachte Lage der Schichtstruktur physikalische und/oder chemische Eigenschaften aufweist, welche beim Teil einen maximierten Korrosionsschutz bilden, und wobei mindestens die letztaufgebrachte Lage der Schichtstruktur physikalische Werte gegen biegebedingte Rissbildungen und/oder Ablösungen aufweist, weiche Werte mindestens gleich oder grösser als die durch die thermische Behandlung resultierende Duktiiiiätszunahme des Teils ausfallen. Claims 1. A method of applying a layered structure to a metallic or intermetallic surface of at least one mechanically stressed or susceptible to corrosion component in a plant (100), said plant having at least one control profile controlled and / or controlled reactor (120), which is designed to receive a loading of parts, wherein the layer structure on the surface of the part of at least one layer or at least two identical or different layers is formed, wherein the layers follow one another, parallel or quasi-parallel to the surface of the part or to Run a preceding layer, wherein at least the surface of the placed in the reactor part with a supplied amount of heat is applied, and this amount of heat from the inside and / or externally applied to the reactor, said amount of heat within the reactor in Wirkverbindun g injected with metallic and / or intermetallic elements or alloys added a vapor phase forming reaction, which initiates vapor phase by thermodiffusion formation of the layer structure, wherein at least two of the successive layers, the layer structure by a controlled and / or controlled supply of heat in the process continuous or quasi-process continuous mode are formed, these layers of the same or different metallic and / or intermetallic coating compositions or alloys and have the same or different layer thicknesses, at least the last applied layer of the layer structure has physical and / or chemical properties, which at the part form a maximized corrosion protection, and wherein at least the last applied layer of the layer structure has physical values against bending-related cracking and / or detachment, W at least equal to or greater than the ductility increase of the part resulting from the thermal treatment.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Lagen durch eine zeitlich gesteuerte und/oder geregelte Zuführung der Wärmemenge prozessfortiaufend gebildet werden. 2. The method according to claim 1, characterized in that the individual layers are formed process-continuing by a time-controlled and / or regulated supply of the heat quantity.
3. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das durch die Thermodiffusion behandelte Teil aus Substraten oder Kleinteiien besteht. 3. The method according to claim 1, characterized in that the treated by the thermal diffusion part consists of substrates or Kleinteiien.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 -3, dadurch gekennzeichnet, dass die Substrate oder Kleinteile aus einem Eisenmetali und/oder einem Nichteisenmetall bestehen. 4. The method according to any one of claims 1 -3, characterized in that the substrates or small parts made of a ferrous metal and / or a non-ferrous metal.
5. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der beladene Reaktor mit einer inneren Temperatur zwischen 200" und 500°C, vorzugsweise zwischen 280° und 380° C operiert, wobei der Sauerstoffgehalt der in dem Reaktor enthaltenen Atmosphäre auf weniger/gleich 0 Voi.-% , vorzugsweise auf weniger/gleich 5 Vo!.-%, eingestellt wird. 5. The method according to claim 1, characterized in that the loaded reactor with an internal temperature between 200 " and 500 ° C, preferably operates between 280 ° and 380 ° C, wherein the oxygen content of the atmosphere contained in the reactor to less than or equal to 0 Voi .-%, preferably to less than / equal to 5% by volume.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass während der Wärmebehandlung in dem Reaktor optional nur ein Gas zugeführt wird, welches so vorbehandelt wird, dass es einen Sauerstoffgehalt von maximal 100 ppm enthält. 6. The method according to claim 5, characterized in that during the heat treatment in the reactor optionally only a gas is supplied, which is pretreated so that it contains an oxygen content of not more than 100 ppm.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 -6, dadurch gekennzeichnet, dass bei mehreren aufgebrachten Lagen eine monotone oder periodisch alternierende Abfolge der Schichten zugrundegeiegt wird. 8, Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 -7, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Lage der Schichtstruktur aus einem Beschsch- tungsmittel aus einem metallischen und/oder intermetallischen Ein-, Zwei- o- der Mehrphasensystem gebildet wird. 7. The method according to any one of claims 1 -6, characterized in that when a plurality of applied layers a monotonous or periodically alternating sequence of the layers is based. 8, Method according to one or more of claims 1 -7, characterized in that at least one layer of the layer structure of a coating means of a metallic and / or intermetallic single-, two- or multi-phase system is formed.
8. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, 8. The method according to one or more of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Lage der Schichtstruktur aus einem Beschichtungsmittel aus Zink, einer Zink-Staub-Mischung, einer Zink/Eisenlegierung, gebildet wird.  characterized in that at least one layer of the layer structure of a coating agent of zinc, a zinc-dust mixture, a zinc / iron alloy is formed.
10, Verfahren nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, 10, Method according to one or more of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Lage der Schichtstruktur aus einem Beschichtungsmittel aus einem metallischen Dreiphasensystem aus Al/Zn/Mg hergestellt wird , wobei Zn als Hauptreaktionspartner einen Anteil ä 60% aufweist, AS einen solchen von 1 -39%, und Mg dann die Restanz zu 100% oder annähernd 100% bildet,  characterized in that at least one layer of the layer structure is made of a coating agent of a metallic three-phase system of Al / Zn / Mg, wherein Zn has as main reaction partner a portion of 60%, AS a proportion of 1-39%, and Mg then the balance 100% or nearly 100%,
1 1 , Verfahren nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, 1 1, Method according to one or more of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Lage der Schichtstruktur aus mindestens einem Beschichtungsmittel mit einem zusätzlichen metallischen Phasensystem, mindestens aus Ti und/oder Sn besteht,  characterized in that at least one layer of the layer structure consists of at least one coating agent with an additional metallic phase system, at least Ti and / or Sn,
12, Verfahren nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, 12, Method according to one or more of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Lage der Schichtstruktur aus mindestens einem Beschichtungsmittel mit einem zusätzlichen metallischen Phasensystem, mindestens aus AI3N 12 oder AisNi besteht. 3, Verfahren nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche,  characterized in that at least one layer of the layer structure consists of at least one coating agent with an additional metallic phase system, at least of AI3N 12 or AisNi. 3, Method according to one or more of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Lage aus mindestens einem intermetallischen Phasensysfem besteht. characterized in that at least one layer consists of at least one intermetallic phase sys- tem.
14. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Phasensysteme zur Bildung der Lagen der Schichtstruktur während der Zuführung der Wärmemenge direkt oder indirekt mit mindestens einem wärmestabilisierenden Füllstoff ergänzt werden. 14. The method according to one or more of the preceding claims, characterized in that the phase systems for forming the layers of the layer structure during the supply of the amount of heat are supplemented directly or indirectly with at least one heat-stabilizing filler.
15. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, 15. The method according to one or more of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass bei einer vieilagigen Schichtstruktur Zwischenschichten gebildet werden, weiche unter prozessfortlaufender Wärmezufuhr aufgebracht werden und aus einem haftungsfreudigen Werkstoff gegenüber den benachbarten Lagen bestehen,  characterized in that in a continuous layer structure intermediate layers are formed, which are applied under continuous process heat supply and consist of an adhesive material with respect to the adjacent layers,
16. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, 16. The method according to one or more of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass der thermische Diffusionsprozess im Reaktors innerhalb eines festgelegten Temperaturbereiches zwischen 200° und 500°C, vorzugsweise zwischen 280° und 380° C, erfolgt, bei einer Gesamtzykluszeit zwischen < 30 bis mindestens 240 min.  characterized in that the thermal diffusion process in the reactor within a specified temperature range between 200 ° and 500 ° C, preferably between 280 ° and 380 ° C, takes place, with a total cycle time of between <30 to at least 240 min.
17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Gesamtzykluszeit 90 ± mindestens 30 min in beiden Richtungen beträgt. 17. The method according to claim 16, characterized in that the total cycle time is 90 ± at least 30 minutes in both directions.
18. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperaturtoleranz während des ganzen Prozessveriaufs oder innerhalb der einzelnen Schritte des Prozesses sowie gegenüber einer vorgegebenen Haitetemperatur mindestens ± 5° bis ± 20° C beträgt. 18. The method according to claim 16, characterized in that the temperature tolerance during the entire Prozessveriaufs or within the individual steps of the process and against a predetermined Haitetemperatur is at least ± 5 ° to ± 20 ° C.
1 9. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, 1 9. The method according to one or more of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass die für den Thermodiffusionsprozess bedingte absolute oder skalierte Zuführung der Wärmemenge für den Reaktor in Relation zum Umfang und Art der Beladungsteile steht. characterized in that the conditional for the thermal diffusion process absolute or scaled supply of the amount of heat for the reactor in relation to the scope and nature of the loading parts.
20. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Gesamtzykluszeit eine Aufheizphase und eine Haltephase umfassen, wobei sich die Aufheizphase über einen Zeitraum von mindestens 0.5 h bis 2 h und die Haltephase über einen Zeitraum von mindestens 0 h bis 2 h erstrecken. 20. The method according to claim 16, characterized in that the total cycle time include a heating phase and a holding phase, wherein the heating phase over a period of at least 0.5 h to 2 h and the holding phase over a period of at least 0 h to 2 h extend.
21. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Phasen, Aufheizphase und Haitephase, intertemporär regelmässig oder unregelmässig abgestuft aufeinander folgen. 21. The method according to claim 20, characterized in that the two phases, heating phase and Haitephase, intertemporarily follow regularly or irregularly stepped on each other.
22. Verfahren nach Anspruch 21 , dadurch gekennzeichnet, dass die nachfolgende Abkühlungsphase des Substrats während einer Zeitspanne von kleiner, gleich oder grösser 1 h erfolgt. 22. The method according to claim 21, characterized in that the subsequent cooling phase of the substrate takes place during a period of less than, equal to or greater than 1 h.
23. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Lage eine Schichtdicke mindestens eines Beschichtungsmittels von 1 -120 pm, vorzugsweise 1 -20 pm aufweist. 23. The method according to one or more of the preceding claims, characterized in that at least one layer has a layer thickness of at least one coating agent of 1 -120 pm, preferably 1 -20 pm.
24. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, 24. The method according to one or more of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass sich die Lagen untereinander regelmässig, quasi-regelmässig oder unregelmässig in X/Y/Z-Richtung des Substrats erstrecken.  characterized in that the layers extend with each other regularly, quasi-regularly or irregularly in the X / Y / Z direction of the substrate.
25 Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagen , wenn sie durch einen vertikalen Schnitt durch die Oberfläche der Substrate dargelegt werden, flach, zackig oder onduliert zueinander verlaufen. A method according to claim 24, characterized in that the layers, when presented by a vertical cut through the surface of the substrates, are flat, jagged or undulating with respect to each other.
26. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, 26. The method according to one or more of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat oder die Substrate im Innenraum des Reaktors einer Wärmebehandlung unterworfen werden , und dass das Substrat oder die Substrate durch Thermodiffusion eine Schichtstruktur erhalten, wobei im Innenraum des Reaktors bei einer Betriebstemperatur zwischen 200° und 500°C, vorzugsweise zwischen 280° und 380° C, mit einem anfänglichen Sauerstoffgehalt von > 1 Vol. % verfahren wird. , Verfahren nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, characterized in that the substrate or the substrates in the interior of the reactor are subjected to a heat treatment, and that the substrate or the substrates obtained by thermal diffusion of a layer structure, wherein in the interior of the reactor at an operating temperature between 200 ° and 500 ° C, preferably between 280 ° and 380 ° C, with an initial oxygen content of> 1 vol.% Procedure. , Method according to one or more of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat vor dessen Wärmebehandlung im Reaktor im Wesentlichen die folgenden Prozesssch ritte durchläuft:  characterized in that the substrate essentially undergoes the following process steps prior to its heat treatment in the reactor:
(i) Durch eine Kaltumformung wird ein Substrat-Rohling geformt;  (i) Cold forming is used to form a substrate blank;
(ii) Der Substrat-Rohling wird randseitig auf die abschliessende oder annähernd abschliessende Kontur des Substrats zugeschnitten;  (ii) The substrate blank is cut edgewise to the final or approximately final contour of the substrate;
(Iii) Der zugeschnittene Substrat-Rohling wird einem thermischen Prozess unterzogen und in einem Warmumformwerkzeug pressgehärtet.  (Iii) The cut substrate blank is subjected to a thermal process and press-cured in a hot-forming tool.
oder  or
(iv) Der Ausgangs-Rohling wird einem thermischen Prozess unterzogen und in einem Warmumformwerkzeug pressgehärtet;  (iv) the starting blank is subjected to a thermal process and press hardened in a hot forming tool;
(v) Der pressgehärtete Ausgangs-Rohling wird auf die abschliessende Randkontur des Substrats zugeschnitten. , Verfahren nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche,  (v) The press-hardened starting blank is cut to the final edge contour of the substrate. , Method according to one or more of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass die Kieinteile mindestens die folgenden Prozessschritte durchlaufen:  characterized in that the Kieinteile undergo at least the following process steps:
a) Optionale Reinigung der Ausgangsteile;  a) optional cleaning of the original parts;
b) Unterziehen der Kieinteile einem thermischen Prozess im Reaktor zur Erzielung einer Schichtstruktur durch Thermodiffusion;  b) subjecting the piezores to a thermal process in the reactor to obtain a layered structure by thermal diffusion;
c) Reinigung der Kleinteile. , Verfahren nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche,  c) Cleaning of the small parts. , Method according to one or more of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat nach dessen Wärmebehandlung und Beschichtung im Reaktor gekühlt, gereinigt, und bei mindestens 150°- 25Q°C während mindestens 0.5 - 2 h getempert wird. 30 Anlage zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlage (100) im Wesentlichen aus einer Beladestation für den Reaktor (120), einem Ofen (1 10) zur Bereitstellung der Wärmezuführung für die Durchführung des Thermodiffusionsprozess im Reaktor (120), einer für die Kühlung des Reaktors ausgelegten Station (300) nach vollzogenem Thermodiffusionsprozess, einer Entladungsstation. characterized in that the substrate is cooled after the heat treatment and coating in the reactor, cleaned, and annealed at at least 150 ° - 25Q ° C for at least 0.5 - 2 h. 30 Plant for carrying out the method according to one or more of the preceding claims, characterized in that the plant (100) consists essentially of a loading station for the reactor (120), an oven (1 10) for providing the heat supply for carrying out the thermal diffusion process in the reactor (120), a designed for the cooling of the reactor station (300) after completed thermodiffusion process, a discharge station.
31 . Anlage nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Beladestation eine Station zur Reinigung der dem Thermodiffusionsprozess zuführbaren Teile vorgeschaltet ist. 31. Installation according to claim 30, characterized in that upstream of the loading station, a station for cleaning the thermodiffusion process can be fed upstream parts.
32. Anlage nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Entladungsstation die durch Thermodiffusionsprozess behandelten Teile einer Wa- schoperafion und Passivierung passieren. 32. Plant according to claim 30, characterized in that after the discharge station, the parts treated by the thermal diffusion process pass through a washing operafion and passivation.
33. Anlage nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Entladungsstation einen Recyclingvorgang betreffend die für den Thermodiffusionsprozess begleitenden Elemente stattfindet. 33. Plant according to claim 30, characterized in that, after the discharge station, a recycling process takes place concerning the elements accompanying the thermal diffusion process.
34. Verfahren zum Betreiben der Anlage nach einem oder mehreren der Ansprüche 30-33, dadurch gekennzeichnet, dass der Reaktor (120) innerhalb der Beladestation mit einer Anzahl durch die Thermodiffusion zu behandelnden Teile beladen wird, wobei komplementär je eine Menge Aluminiumgranulat und Zinkpulvermischung zugegeben wird. 34. A method of operating the plant according to one or more of claims 30-33, characterized in that the reactor (120) is loaded within the loading station with a number to be treated by the thermal diffusion parts, wherein each complementary amount of aluminum granules and zinc powder mixture added becomes.
35. Verfahren zum Betreiben der Anlage nach einem oder mehreren der Ansprüche 30-33 und 34, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Beladungsstation der Reaktors für den Betrieb eines Prozessganges folgende Gewichte zugrundegelegt werden: 35. Method for operating the installation according to one or more of claims 30-33 and 34, characterized in that the following weights are used as the basis for the operation of a process cycle at the loading station of the reactor:
Gewicht der zu behandelnden grossflächigen Teile: 220 Kg ± 50 Kg; Gewicht des Aiuminiumgranulats: 250 Kg ± 250 Kg; Weight of the large parts to be treated: 220 Kg ± 50 Kg; Weight of Aiuminium Granules: 250 Kg ± 250 Kg;
Gewicht der Zinkpuivermischung: 7 Kg ± 5 Kg.  Weight of zinc powder mixture: 7 Kg ± 5 Kg.
36< Verfahren zum Betreiben der Anlage nach Anspruch 30 und/oder nach einem der Ansprüche 31 -33, dadurch gekennzeichnet, dass der Ofen (1 10) durch eine Steuerung betrieben wird, nach folgenden Kriterien: 36 <Method for operating the plant according to claim 30 and / or according to one of claims 31 to 33, characterized in that the furnace (1 10) is operated by a controller, according to the following criteria:
-Die Steuerung operiert mit abgelegten Steuerungsprofilen, welche bei der Eingabe des vorzunehmenden Betriebs des Ofens abgerufen werden;  The controller operates with stored control profiles which are retrieved upon entering the operation of the furnace to be performed;
-Die Steuerung operiert mit freiwirkenden Steuerungsprofile, welche sich auf Grund der von Sensoren erfassten Informationen für den Betrieb des Ofens fortlaufend oder adaptiv anpassen;  The controller operates with free-acting control profiles which continuously or adaptively adapt to the operation of the furnace based on sensor-acquired information;
-Die Steuerung weist Steuerungsprofile auf, weiche mit vorgegebenen Regelungsfunktionen gekoppelt sind;  -The controller has control profiles which are coupled with predetermined control functions;
-Die Steuerung weist Steuerungsprofile auf, weiche prädiktsv eingreifen;  -The controller has control profiles that prädiktsv intervene;
37. Verfahren zum Betreiben einer Anlage nach Anspruch 36, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung des Ofens gleichzeitig den Betrieb des Reaktors erfasst. 37. A method of operating a plant according to claim 36, characterized in that the control of the furnace simultaneously detects the operation of the reactor.
38. Anlage nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass der Reaktor (120) mindestens aus folgenden Elementen besteht: Aus einem kopfseitigen Flansch (121 ), einer Abdeckung (122), einer Anzahl supportartiger Ringe (123), einer äusseren, hinteren Schliessabdeckung (124), einem Anschlussrohr (125), einer inneren, hinteren Schliessabdeckung (126), einer Aussparung (127) für die Aufnahme mindestens eines Thermoelementes (128), mindestens einer Griffe (129). 38. Plant according to claim 30, characterized in that the reactor (120) consists of at least the following elements: a head-side flange (121), a cover (122), a number of support-like rings (123), an outer, rear closing cover ( 124), a connecting tube (125), an inner, rear closing cover (126), a recess (127) for receiving at least one thermocouple (128), at least one handle (129).
39. Anlage nach Anspruch 38, dadurch gekennzeichnet, dass das Anschiussrohr (125) zum Schutz des Thermoelementes (128) mit einer thermischen Isolation versehen ist. 39. Plant according to claim 38, characterized in that the Anschiussrohr (125) to protect the thermocouple (128) is provided with a thermal insulation.
40. Verfahren zum Beireiben eines Reaktors nach einem der Ansprüche 38, 39, dadurch gekennzeichnet, dass dem Thermodiffusionsprozess mindestens folgende Prozessschritte zugrunde gelegt werden: 40. A method for grinding a reactor according to one of claims 38, 39, characterized in that the thermal diffusion process is based on at least the following process steps:
a) Bei Schritt 1 wird ein schnelles Aufheizen bei maximaler Leistung zu einem berechneten Rampe auf Solitemperatur für eine berechnete Zeit eingeleitet;  a) At step 1, rapid heating at maximum power is initiated at a calculated ramp to solite temperature for a calculated time;
b) Bei Schritt 2 wird ein Erhitzen bei einer reduzierten Leistung der vordefinierten Warmhaltetemperatur innerhalb der Warmhaltetemperatur-Toieranz vorgesehen, mit dem Ziel, sich möglich der berechneten Zeit zu nähern; c) Bei Schritt 3 geht es darum, die Aufrechterhaltung der vordefinierten Temperatur während des gesamten Betriebs zu sichern. 1 , Verfahren zum Betreiben eines Reaktors nach einem der Ansprüche 38, 39, dadurch gekennzeichnet, dass der Thermodiffusionsprozesses innerhalb des Reaktors (120) mindestens durch folgenden Steuerungsprofilen betrieben wird:  b) at step 2, heating is provided at a reduced power of the predefined keep warm temperature within the hold temperature toe, with the aim of approaching the calculated time; c) Step 3 is to ensure maintenance of the predefined temperature throughout the operation. 1, method for operating a reactor according to any one of claims 38, 39, characterized in that the thermal diffusion process within the reactor (120) is operated at least by the following control profiles:
a) Aufgrund mindestens des Fertigungsauftrags, der Projektreihe, der Laufnummer des Auftrags, des Materials der Substrate oder Kleinteile, der Art der Substrate oder Kieinteile, des Gewichts und der Masse der Substrate oder Kieinteile, des Volumen resp. der Gesamtoberfläche der Substrate o- der Kleinteile, wird durch mindestens ein abgelegtes Steuerungsprofii eine Rezeptur für die Thermodiffusion vorgegeben, welche sich auf Menge und Gewicht der für die Thermodiffusion zugrundeliegenden Elemente bezieht; b) Wärmehaitetemperatur;  a) On the basis of at least the production order, the project series, the run number of the contract, the material of the substrates or small parts, the type of substrates or Kieinteile, the weight and mass of the substrates or Kieinteile, the volume resp. the total surface of the substrates or small parts, a recipe for the thermal diffusion is given by at least one stored Steuerprofii, which refers to the amount and weight of the underlying elements for the thermal diffusion elements; b) heat-setting temperature;
c) Wärmhaltezeit;  c) heat retention time;
d) Zugelassene Toleranz der Wärmhaltetemperatur;  d) permitted tolerance of the heat retention temperature;
e) Benötigte Zeit für das Hochfahren bis die ZieStemperatur korrespondiert; f) Benötigte Zeit für den Durchlauf innerhalb eines schnellen Aufheizen bei maximaler Leistung zu einem berechneten Rampe auf Solitemperatur für eine berechnete Zeit; g) Benötigte Zeit für den Durchlauf innerhalb eines Erhitzens bei einer reduzierten Leistung der vordefinierte.n Warmhaltetemperatur innerhalb der Warmhaltetemperatur-Toleranz, mit dem Ziel, sich möglich der berechneten Zeit zu nähern; e) Time required for start-up until the drawing temperature corresponds; f) time required to pass within a fast heat-up at maximum power to a calculated ramp to solite temperature for a calculated time; g) time required to pass within a heating at a reduced power of the predefined heating temperature within the holding temperature tolerance with the aim of approaching the calculated time;
h) Eingabe der maximalen operativen Temperatur für die folgenden Abläufe: h) Enter the maximum operating temperature for the following processes:
Bei Schritt 1 wird ein schnelles Aufheizen bei maximaler Leistung zu einem berechneten Rampe auf Solltemperatur für eine berechnete Zeit eingeleitet; Bei Schritt 2 wird ein Erhitzen bei einer reduzierten Leistung der vordefinierten Warmhaltetemperatur innerhalb der Warmhaltetemperatur-Toleranz vorgesehen, mit dem Ziel, sich möglich der berechneten Zeit zu nähern; Bei Schritt 3 geht es darum, die Aufrechterhaltung der vordefinierten Temperatur während des gesamten Betriebs zu sichern;  At step 1, rapid heating at maximum power is initiated at a calculated ramp to target temperature for a calculated time; At step 2, heating is provided at a reduced power of the predetermined hold temperature within the keep warm temperature tolerance, with the aim of approaching the calculated time; Step 3 is to ensure maintenance of the predefined temperature throughout the operation;
i) Datum und Uhrzeit des Laufes, Start- und Laufstopps; i) date and time of the race, start and run stops;
j) Gesamtzykluszeit zwischen Lauf, Start- und Laufstopp: j) Total cycle time between run, start and run stop:
k) Energieaufwand für den Heizkreislauf (in kWh); k) energy consumption for the heating circuit (in kWh);
I) Energieaufwand für den Kühlzyklus (in kWh);  I) Energy consumption for the cooling cycle (in kWh);
m) Anfangsparameter für den Betrieb der übrigen Stationen des Systems, vorzugsweise mindestens bezogen auf den Reaktor, dessen Drehzahl, Neigungswinkel. m) initial parameters for the operation of the other stations of the system, preferably at least with respect to the reactor, its speed, inclination angle.
Verfahren zum Betreiben eines Reaktors nach einem der Ansprüche 38, 39, dadurch gekennzeichnet, dass der Reaktor (120) durch eine Steuerung betrieben wird, nach folgenden Kriterien: A method of operating a reactor according to any one of claims 38, 39, characterized in that the reactor (120) is operated by a controller according to the following criteria:
- Die Steuerung operiert mit abgelegten Steuerungsprofilen, welche bei der Eingabe des vorzunehmenden Betriebs des Reaktors abgerufen werden; - The controller operates with stored control profiles which are retrieved when entering the operation of the reactor to be performed;
- Die Steuerung operiert mit freiwirkenden Steuerungsprofile, welche sich auf Grund der von Sensoren erfassten Informationen für den Betrieb des Reaktors fortlaufend oder adaptiv anpassen; The controller operates with free-acting control profiles, which continuously or adaptively adapt to the operation of the reactor based on the sensor-acquired information;
- Die Steuerung weist Steuerungsprofile auf, welche mit vorgegebenen Regelungsfunktionen gekoppelt sind;  - The controller has control profiles, which are coupled with predetermined control functions;
- Die Steuerung weist Steuerungsprofile auf, welche prädiktiv eingreifen , Verfahren zum Betreiben eines Reaktors nach Anspruch 42, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung des Reaktors gieichzeitig den Betrieb des Ofens erfasst. , Verfahren zum Betreiben eines Reaktors nach einem der Ansprüche 38, 39, dadurch gekennzeichnet, dass der Reaktor mit einen Überdruck oder mit einem Unterdruck betrieben wird, , Verfahren zum Betreiben eines Reaktors nach Anspruch 44, dadurch gekennzeichnet, dass der Reaktor kontinuieriich mit einem Überdruck zwischen 1 ,01 und 1 ,5 bar betrieben wird. , Verfahren zum Betreiben eines Reaktors nach Anspruch 44, dadurch gekennzeichnet, dass der Reaktor kontinuierlich mit einem Unterdruck zwischen 1 und 20 mbar betrieben wird. , Verfahren zum Betreiben eines Reaktors nach einem der Ansprüche 38, 39, dadurch gekennzeichnet, dass der Verlauf der thermischen Prozesse innerhalb des Reaktors kontinuieriich regelmässig, gleichförmig/ungleichförmig, prädiktiv, verläuft, auf Grund laufend erhobener Prozesswerte und Parameter innerhalb des Reaktors. Anwendung des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 -29, 34-37, 40-47, für die Behandlung von Teilen durch Thermodiffusion, insbesondere von Strukturbauteilen, Sicherheitsteile, deren Einsatz einen starken Korrosionsschutz und eine hohe Dukiiiität voraussetzen . The control has control profiles which intervene predictively , A method of operating a reactor according to claim 42, characterized in that the control of the reactor gieichzeitig detects the operation of the furnace. A method of operating a reactor according to any one of claims 38, 39, characterized in that the reactor is operated with an overpressure or with a negative pressure, method of operating a reactor according to claim 44, characterized in that the reactor is continuously pressurized between 1, 01 and 1, 5 bar is operated. , A method of operating a reactor according to claim 44, characterized in that the reactor is operated continuously with a negative pressure between 1 and 20 mbar. Process for operating a reactor according to one of Claims 38, 39, characterized in that the course of the thermal processes within the reactor proceeds continuously, uniformly / nonuniformly, predictively, on the basis of continuously elevated process values and parameters within the reactor. Application of the method according to one or more of claims 1 -29, 34-37, 40-47, for the treatment of parts by thermal diffusion, in particular of structural components, safety parts whose use requires a strong corrosion protection and a high Dukiiiität.
49. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 48, dadurch gekennzeichnet, dass die Struktur- und Sicherheitsteüe aus warm- oder kaltumformbaren Rohlingen hergesteilt werden, welche für Transportmittel zu Strasse, zu Bahn, zu Luft, zu Wasser bestimmt sind. 49. Application of the method according to claim 48, characterized in that the structural and security parts are made of hot or cold formable blanks, which are intended for means of transport to road, to train, to air, to water.
50. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 49, dadurch gekennzeichnet, dass bei den Transportmitteln zu Strasse es sich um Kraftfahrzeuge handelt. 50. Application of the method according to claim 49, characterized in that in the means of transport to road are motor vehicles.
51 . Erzeugnisse, welche unter Anwendung des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 -29, 34-37, 40-47, produziert werden, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den Erzeugnissen um hochfeste Stahl- oder AI-Bauteile handelt, welche vorzugsweise für Kraftfahrzeuge bestimmt sind. 51. Products produced using the method according to one or more of claims 1-29, 34-37, 40-47, characterized in that the products are high-strength steel or Al components which are preferably used for Motor vehicles are determined.
52. Erzeugnisse, welche unter Verwendung eines oder mehrerer der Ansprüche 30-33 und eines oder mehrerer der Ansprüche 38, 39, und durch Anwendung eines oder mehrerer der Ansprüche 1 -29, 34-37, 40-47, hergestellt werden, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den Erzeugnissen um Metalle oder Nichtmetalle oder Hochfeste Stahlbau- oder Al-Bauieiie handelt, welche vorzugsweise für Kraftfahrzeuge, Anlagen, Verfahrensaniagen, Züge, Schiffe, Flugzeuge, Raketen , Plattformen, Windturbinen, Pipelines, Kraftwerke, bestimmt sind. Products made using one or more of claims 30-33 and one or more of claims 38, 39, and by application of one or more of claims 1-29, 34-37, 40-47, characterized in that the products are metals or non-metals or high-strength steel construction or aluminum construction, which are preferably intended for motor vehicles, installations, process plants, trains, ships, aircraft, rockets, platforms, wind turbines, pipelines, power plants.
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